DE102014107342B4 - Device and method for detecting cancerous tumors and other tissue changes - Google Patents

Device and method for detecting cancerous tumors and other tissue changes Download PDF

Info

Publication number
DE102014107342B4
DE102014107342B4 DE102014107342.8A DE102014107342A DE102014107342B4 DE 102014107342 B4 DE102014107342 B4 DE 102014107342B4 DE 102014107342 A DE102014107342 A DE 102014107342A DE 102014107342 B4 DE102014107342 B4 DE 102014107342B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cannula
sample
light pulse
light
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102014107342.8A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102014107342A1 (en
Inventor
Matthias Rädle
Norbert Gretz
Frank Braun
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE102014107342.8A priority Critical patent/DE102014107342B4/en
Publication of DE102014107342A1 publication Critical patent/DE102014107342A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102014107342B4 publication Critical patent/DE102014107342B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65Raman scattering
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0071Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by measuring fluorescence emission
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0075Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by spectroscopy, i.e. measuring spectra, e.g. Raman spectroscopy, infrared absorption spectroscopy
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/359Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using near infrared light
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N2021/1734Sequential different kinds of measurements; Combining two or more methods
    • G01N2021/1736Sequential different kinds of measurements; Combining two or more methods with two or more light sources
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N2021/1738Optionally different kinds of measurements; Method being valid for different kinds of measurement
    • G01N2021/174Optionally different kinds of measurements; Method being valid for different kinds of measurement either absorption-reflection or emission-fluorescence
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N2021/6484Optical fibres
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6486Measuring fluorescence of biological material, e.g. DNA, RNA, cells

Abstract

Verfahren zum spektralen Analysieren einer Probe (100) mit den Schritten:Ansetzen einer Kanüle (20) an die Probe (100), wobei die Kanüle zumindest einen ersten Lichtwellenleiter (34) und einen zweiten Lichtwellenleiter (36) umfasst,während die Kanüle (20) an die Probe (100) angesetzt ist:Erzeugen eines ersten Lichtpulses und Leiten desersten Lichtpulses durch den ersten Lichtwellenleiter,Bestrahlen der Probe (100) mit dem ersten Lichtpuls durch die Kanüle (20),Auslesen der Spektralantwort des ersten Lichtpulses,Erzeugen eines zweiten von dem ersten Lichtpuls verschiedenartigen Lichtpulses und Leiten deszweiten Lichtpulses durch den zweiten Lichtwellenleiter, wobei der zweite Lichtpuls ein einen Ramanlichtpuls der Probe anregender Lichtpuls ist,Bestrahlen der Probe mit dem zweiten Lichtpuls durch die Kanüle (20),Auslesen der Spektralantwort des zweiten Lichtpulses,Absetzen der Kanüle (20) von der Probe.Method for spectrally analyzing a sample (100), comprising the steps of: attaching a cannula (20) to the sample (100), the cannula comprising at least a first optical fiber (34) and a second optical fiber (36), while the cannula (20 ) is attached to the sample (100): generating a first light pulse and directing the first light pulse through the first optical fiber, irradiating the sample (100) with the first light pulse through the cannula (20), reading out the spectral response of the first light pulse, generating a second a light pulse different from the first light pulse and guiding the second light pulse through the second optical waveguide, the second light pulse being a light pulse exciting a Raman light pulse of the sample,irradiating the sample with the second light pulse through the cannula (20),reading out the spectral response of the second light pulse,depositing the cannula (20) from the sample.

Description

Gebiet der Erfindungfield of invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum spektralen Analysieren einer Probe.The invention relates to a method for spectrally analyzing a sample.

Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention

Der Gesundheitsmarkt ist im heutigen Zeitalter einer der wichtigsten und ertragsreichsten Märkte weltweit. Die Entwicklung fokussiert sich dabei vermehrt auf den Ausbau neuer Diagnostik- sowie Behandlungsmethoden. Gerade auf die Entwicklung von Krebspräparaten wird ein Schwerpunkt gesetzt.The healthcare market is one of the most important and profitable markets in the world today. The development is increasingly focused on the expansion of new diagnostic and treatment methods. A particular focus is placed on the development of cancer drugs.

Aus den Innovationen marktfähige Produkte zu entwickeln ist eine der zentralen Aufgaben verschiedener Forschungsgruppen in Pharma- und Medizintechnik. Neben den sozialen und humanitären Aspekten spielen daher auch immer mehr Effizienz- und Kostenüberlegungen eine wichtige Rolle in der Gesundheitspolitik.Developing marketable products from innovations is one of the central tasks of various research groups in pharmaceutical and medical technology. In addition to the social and humanitarian aspects, efficiency and cost considerations are therefore playing an increasingly important role in health policy.

Die klassischen Verfahren der Krebsdiagnostik reichen von bildgebenden Verfahren wie Szintigraphie, Computertomographie über mikroskopische bis hin zu immunologischen Verfahren. Bis heute ist die Biopsie und anschließende Befundung, basierend auf mikroskopischen Bildern, durch einen Pathologen der Goldstandard in der Diagnostik von Gewebeveränderungen. Seit den 90er Jahren veröffentlichten Forschergruppen vermehrt Publikationen über die Krebsdiagnose mittels Spektroskopie. Die Mehrzahl befasst sich Raman- oder Fluoreszenzspektroskopie. Fast ausschließlich wurden die Messungen ex vivo nach spezieller Probenpräparation durchgeführt.The classic methods of cancer diagnostics range from imaging methods such as scintigraphy and computer tomography to microscopic and immunological methods. To this day, a biopsy and subsequent diagnosis, based on microscopic images, by a pathologist is the gold standard in the diagnosis of tissue changes. Since the 1990s, research groups have published an increasing number of publications on cancer diagnosis using spectroscopy. The majority deal with Raman or fluorescence spectroscopy. The measurements were almost exclusively carried out ex vivo after special sample preparation.

Unter Spektroskopie versteht man für gewöhnlich analytische Techniken, die die Wechselwirkung von elektromagnetischer Strahlung mit Materie untersuchen. Sie ermöglicht die Charakterisierung von Atomen, Ionen und Molekülen durch typische Wellenlängen, die mit Hilfe von Emission, Absorption, Streuung etc. gemessen werden können. Elektromagnetische Wellen, wie z.B. Licht, Gammastrahlung, Radiowellen, Mikrowellen, usw. können mit Materie wechselwirken, indem sie absorbiert, reflektiert oder gestreut werden. Die Spektroskopie gehört heute zu den wichtigsten instrumentellen Analysemethoden in der Physik, Chemie und Astronomie.Spectroscopy is commonly understood to mean analytical techniques that study the interaction of electromagnetic radiation with matter. It enables atoms, ions and molecules to be characterized by their typical wavelengths, which can be measured using emission, absorption, scattering, etc. Electromagnetic waves such as light, gamma rays, radio waves, microwaves, etc. can interact with matter by being absorbed, reflected or scattered. Today, spectroscopy is one of the most important instrumental analysis methods in physics, chemistry and astronomy.

Unter optischer Spektroskopie versteht man für gewöhnlich die Ausnutzung elektromagnetischer Strahlung im Wellenlängenbereich von ca. 200nm bis ca. 100µm zur qualitativen und quantitativen Analyse von Proben. Dabei werden methodisch je nach Wellenlänge verschiedene Spektroskopietechniken unterschieden. Zum Ersten Ultraviolett- und sichtbare Spektroskopie (UV/VIS) im Frequenzbereich von 200 nm bis 780 nm unter Anregung von Valenzelektronen. Hierbei erstreckt sich der ultraviolette Spektralbereich (UV) von 200 nm bis 370 nm und der sichtbare Spektralbereich (VIS) von 370 nm bis 780 nm. Zum Zweiten die Nahinfrarot-Spektroskopie (NIR) im Frequenzbereich von 780 nm bis 2500 nm unter Anregung von Kombinations- und Oberschwingungen in Molekülen. Optical spectroscopy is usually understood to mean the use of electromagnetic radiation in the wavelength range from approx. 200nm to approx. 100µm for the qualitative and quantitative analysis of samples. Depending on the wavelength, different spectroscopy techniques are distinguished methodologically. First, ultraviolet and visible spectroscopy (UV/VIS) in the frequency range from 200 nm to 780 nm with the excitation of valence electrons. The ultraviolet spectral range (UV) extends from 200 nm to 370 nm and the visible spectral range (VIS) from 370 nm to 780 nm - and harmonics in molecules.

Schließlich, wenn auch nicht abschließend, die Mittelinfrarot-Spektroskopie (MIR) im Frequenzbereich von typisch 2,5 µm bis 25 µm unter Anregung von Grundschwingungen in Molekülen.Finally, although not conclusively, mid-infrared spectroscopy (MIR) in the frequency range of typically 2.5 µm to 25 µm with the excitation of fundamental vibrations in molecules.

Unter Photolumineszenz wird im Allgemeinen die zeitverzögerte Emission eines Lichtquants nach vorausgegangener Lichtabsorption verstanden. Je nach elektronischem Übergang bzw. Zeitverzögerung wird zwischen Fluoreszenz und Phosphoreszenz unterschieden. Bei der Fluoreszenz liegt der Zeitunterschied zwischen Absorption und Emission eines Photons typischerweise in der Größenordnung von 10-9 bis 10-6 s, während bei der langsam abklingenden Phosphoreszenz 10-3 bis 10-5 s vergehen. Die Anregung der Fluoreszenz erfolgt zumeist durch UV/VIS-Licht.Photoluminescence is generally understood to mean the time-delayed emission of a light quantum after previous light absorption. Depending on the electronic transition or time delay, a distinction is made between fluorescence and phosphorescence. In fluorescence, the time difference between absorption and emission of a photon is typically on the order of 10 -9 to 10 -6 s, while in slowly decaying phosphorescence it is 10 -3 to 10 -5 s. The fluorescence is mostly stimulated by UV/VIS light.

Bei der Ramanspektroskopie liegt bislang ein Schwerpunkt in der Diagnostik von Brustkrebs. Die Probenpräparation reicht von schockgefrorenen, in Formalin fixierten, in Paraffin eingebetteten Schnitten bis zu nicht fixiertem gefrorenen Gewebe.One focus of Raman spectroscopy has so far been in the diagnosis of breast cancer. Specimen preparation ranges from snap-frozen, formalin-fixed, paraffin-embedded sections to unfixed frozen tissue.

Auch die Unterscheidung von Normalgewebe, benignen (gutartigem) sowie malignen (bösartigen) Tumoren im Darm wurde früher bereits ex vivo untersucht. Hierzu können die Proben beispielsweise ex vivo nach der Biopsie untersucht werden. Die Unterscheidung von Lungenkarzinomen und Normalgewebe, das Erkennen von Plattenepithelkarzinomen im Hals-Kopfbereich (Hemotoxylin- und Eosinfärbung) und Speiseröhrenkrebs sind ex vivo bereits ebenfalls ermöglicht. Ein anderes Anwendungsgebiet ergibt sich im Einsatz bei der Erkennung von Krebsvorstufen bei der Dysplasie des Gebärmutterhalses, als Ersatz des sogenannten PAP-Tests (Papanicolaou-Abstrich), also den vaginalzytologischen Abstrich (Färbemethode von Zellen und Beurteilung auf ihre Bösartigkeit hin).The distinction between normal tissue, benign (non-cancerous) and malignant (cancerous) tumors in the intestine has also previously been examined ex vivo. For this purpose, the samples can be examined ex vivo after the biopsy, for example. The differentiation of lung carcinomas and normal tissue, the detection of squamous cell carcinomas in the neck and head area (hemotoxylin and eosin staining) and esophageal cancer are also already possible ex vivo. Another area of application is in the detection of precancerous lesions in dysplasia of the cervix, as a replacement for the so-called PAP test (Papanicolaou smear), i.e. the vaginal cytological smear (staining method of cells and assessment of their malignancy).

Ein besonderes Augenmerk wird bereits in laufenden Forschungsarbeiten auf nahinfrarote Strahlung (NIR) zur optischen Untersuchung gerichtet, welche sich besonders aufgrund der hohen Eindringtiefe (höhere Energie dieses Lichts, geringe Absorptionskoeffizienten) für die Untersuchung von Gewebe eignet. Wasser, Hämoglobin, Lipide, Proteine und DNA könnten hierbei erkannt werden. Jedoch konnten bislang keine speziellen Markersubstanzen, sondern nur Wellenlängenbereiche identifiziert werden. Für die meisten Stoffe sind bislang daher nur qualitative Aussagen möglich.In ongoing research work, special attention is already being paid to near-infrared radiation (NIR) for optical examination, which is particularly suitable for examining tissue due to the high penetration depth (higher energy of this light, low absorption coefficient). Water, hemoglobin, lipids, proteins and DNA could be recognized here. However, no special marker substances have been identified so far, only wavelength ranges. So far, only qualitative statements have been possible for most substances.

Auch die Erkennung von Bauchspeicheldrüsenkrebs und von Darmkrebs wurde ex vivo untersucht. Die Analyse erfolgte stets an frischen Biopsaten ohne Nachbehandlung.The detection of pancreatic cancer and colorectal cancer has also been studied ex vivo. The analysis was always carried out on fresh biopsies without post-treatment.

Auch hinsichtlich der einzusetzenden Frequenzbereiche, die unterschiedliche Mess- und Auswerteverfahren bedingen, gibt es bislang nur wenig konkrete Ergebnisse. Der mittelinfrarote Spektralbereich (MIR) führt aufgrund des hohen materiellen Aufwandes bislang ein Schattendasein bei experimentellen Aufbauten zur in vivo Diagnose.Also with regard to the frequency ranges to be used, which require different measurement and evaluation methods, there are only a few concrete results so far. Due to the high material costs, the mid-infrared spectral range (MIR) has so far led a shadowy existence in experimental setups for in-vivo diagnosis.

Die internationale Patentanmeldung WO 01/97902 A2 beschreibt eine Anlage, mit welcher in einem endoskopischen Verfahren Bilder in vivo erhalten werden können. Dabei werden stets identische Lichtpulse in den zu untersuchenden Bereich geschickt und unterschiedliche Spektralanteile daraus ausgewertet. Diese Anmeldung beschreibt aber nicht die Verwendung bestimmter unterschiedlicher Lichtpulse, insbesondere auch keine Untersuchung eines Raman-Shifts.The international patent application WO 01/97902 A2 describes a system with which images can be obtained in vivo in an endoscopic procedure. Identical light pulses are always sent into the area to be examined and different spectral components are evaluated. However, this application does not describe the use of specific different light pulses, and in particular also no investigation of a Raman shift.

Auch sind aktuellen Diagnostiksysteme teuer und wenig benutzerfreundlich.Current diagnostic systems are also expensive and not very user-friendly.

Allgemeine Beschreibung der ErfindungGeneral Description of the Invention

Zur Verstärkung der Fluoreszenzantwort werden für gewöhnlich Markersubstanzen eingesetzt. Jedoch erscheint es auch möglich, körpereigene „Markersubstanzen“ heranzuziehen. So können unter anderem Hormone, Enzyme, Eiweißkörper und insbesondere deren vermehrtes Vorkommen im Blut oder Gewebe einen Krankheitszustand anzeigen. Im Gegensatz zu gewöhnlichen, injizierbaren Markersubstanzen brauchen körpereigene „Markersubstanzen“ nicht wie Medikamente zugelassen werden. Die hierbei entstehenden Kosten sowie die notwendigen Tierversuche, sowie ggf. Versuche an menschlichen Probanden, können wegfallen. Durch körpereigene Markersubstanzen kann ggf. auf die Nutzung von aufwändigen und kostenintensiven Markersubstanzen verzichtet werden und kostengünstig und schnell Rückschlüsse über verschiedene Gewebezustände anhand der Konzentration der körpereigenen Stoffe erhalten werden.Marker substances are usually used to enhance the fluorescence response. However, it also seems possible to use endogenous “marker substances”. For example, hormones, enzymes, proteins and especially their increased occurrence in the blood or tissue can indicate a disease state. In contrast to conventional, injectable marker substances, the body's own "marker substances" do not have to be approved like drugs. The costs incurred here as well as the necessary animal experiments and, if necessary, experiments on human subjects can be omitted. The use of endogenous marker substances may make it possible to dispense with the use of complex and cost-intensive marker substances, and conclusions about various tissue states can be obtained quickly and inexpensively based on the concentration of the endogenous substances.

Beispielsweise ist Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid (abgekürzt NAD/NADH oder Coenzym 1) ein Hydridionen (Zwei-Elektronen/Ein-Proton) übertragendes Koenzym, das an zahlreichen Redoxreaktionen des Stoffwechsels der Zelle beteiligt ist. Es dient als Oxidationsmittel und nimmt z.B. beim Abbau von Kohlenhydraten eine zentrale Rolle ein. NADH wird gelegentlich als „Träger von Lebensenergie“ bezeichnet. Wie wesentlich das NADH für alles Leben ist, zeigt die Tatsache, dass es in praktisch jeder menschlichen, tierischen oder pflanzlichen Zelle vorhanden ist, so dass sich sagen lässt: Je aktiver eine Zelle ist, umso mehr NADH verbraucht sie. NADH ist daher auch hinsichtlich der Photometrie ein interessanter Kandidat, da er neben seinem universellen Vorkommen auch mit den Werkzeugen der Fluoreszenz unterscheidbares Verhalten zeigt. So zeigt NADH bei einer Wellenlänge von 340nm ein Absorptionsmaximum, im Gegensatz zu NAD. Hieraus können sich Rückschlüsse über die Stoffwechselaktivität ziehen lassen.For example, nicotinamide adenine dinucleotide (abbreviated to NAD/NADH or coenzyme 1) is a hydride ion (two-electron/one-proton) donating coenzyme involved in numerous redox reactions of cell metabolism. It serves as an oxidizing agent and plays a central role in the breakdown of carbohydrates, for example. NADH is sometimes referred to as the "carrier of life energy". How essential NADH is to all life is shown by the fact that it is present in practically every human, animal or plant cell, so that the more active a cell is, the more NADH it uses. NADH is therefore also an interesting candidate with regard to photometry, since, in addition to its universal occurrence, it also shows distinguishable behavior with the tools of fluorescence. NADH shows an absorption maximum at a wavelength of 340 nm, in contrast to NAD. From this, conclusions can be drawn about the metabolic activity.

Neben NADH kristallisiert sich Collagen als Markersubstanz heraus. Diese Fluoreszenz kann bei richtiger und verständiger Auswertung als wichtiger Indikator des Zellmetabolismus, des Redoxzustandes sowie für Sauerstoffmangel in der Atmungskette herangezogen werden. Ein Anstieg der NADH-Konzentration und somit dessen Fluoreszenz deutet beispielsweise auf eine verminderte Gewebeaktivität und damit einhergehenden niedrigen NADH-Verbrauch hin. Umgekehrt lässt eine verminderte NADH-Konzentration im Gewebe auf einen Anstieg der metabolen Zellaktivität schließen. Diesen Sachverhalt kann man sich in der Lokalisation von Tumoren zu nutze machen.In addition to NADH, collagen crystallizes out as a marker substance. When evaluated correctly and intelligently, this fluorescence can be used as an important indicator of cell metabolism, the redox state and oxygen deficiency in the respiratory chain. An increase in the NADH concentration and thus its fluorescence indicates, for example, reduced tissue activity and the associated low NADH consumption. Conversely, a reduced NADH concentration in the tissue indicates an increase in metabolic cell activity. This fact can be used in the localization of tumors.

Als Hämoglobin wird ein eisenhaltiges, sauerstofftransportierendes Protein bezeichnet, das in den Erythrozyten (roten Blutkörperchen) von Wirbeltieren vorkommt. Der Sauerstofftransport erfolgt über die Bindung an einen Eisenkomplex des Häm (Protopophyrin °IX). Das charakteristische Spektrum von sauerstoffbeladenem (Oxyhämoglobin) gegenüber sauerstoffunbeladenem (Desoxyhämoglobin) Hämoglobin zeigt, dass sich die Spektren größtenteils überlagern und man anhand des Spektrenverlaufs direkt Rückschlüsse über Durchblutung und Sauerstoffsättigung ziehen kann.Hemoglobin is an iron-containing, oxygen-carrying protein found in the erythrocytes (red blood cells) of vertebrates. Oxygen transport occurs via binding to an iron complex of heme (protopophyrin °IX). The characteristic spectrum of oxygen-loaded (oxyhemoglobin) versus oxygen-free (deoxyhemoglobin) hemoglobin shows that the spectra largely overlap and conclusions about blood flow and oxygen saturation can be drawn directly from the course of the spectra.

Die NADH/NADPH-Fluoreszenz ist ein wichtiger Indikator des Zellmetabolismus, des Redoxzustandes, sowie für Sauerstoffmangel und Störungen in der Atmungskette. Ein Anstieg der NADH-Konzentration und somit dessen Fluoreszenz deutet auf eine verminderte Gewebeaktivität und damit einhergehenden niedrigen NADH-Verbrauch hin. Im Gegenzug deutet eine verminderte NADH-Konzentration im Gewebe auf einen Anstieg der metabolen Zellaktivität hin. Genau diesen Sachverhalt macht man sich in der Tumorlokalisation zu Nutze, tumoröses Gewebe weist im Vergleich zu Normalgewebe eine erniedrigte NADH-Fluoreszenz auf.The NADH/NADPH fluorescence is an important indicator of cell metabolism, the redox state, as well as oxygen deficiency and disturbances in the respiratory chain. An increase in the NADH concentration and thus its fluorescence indicates reduced tissue activity and the associated low NADH consumption. Conversely, a reduced NADH concentration in the tissue indicates an increase in metabolic cell activity. It is precisely this fact that is used in tumor localization; tumorous tissue exhibits reduced NADH fluorescence compared to normal tissue.

Jedoch ist eine Messung der NADH-Fluoreszenz für eine mögliche in vivo Anwendung bei der Tumorlokalisation in inneren Organen bislang aufgrund der Baugröße der einzusetzenden Messgeräte nicht umsetzbar.However, a measurement of the NADH fluorescence for a possible in vivo application in the Tumor localization in internal organs has so far not been possible due to the size of the measuring devices to be used.

Basierend auf einer Plattformtechnologie (Signalerfassung und Kommunikation) soll nun ein flexibles und miniaturisiertes System vorgestellt werden, das gegenüber äußeren Einflüssen sehr robust ist.Based on a platform technology (signal acquisition and communication), a flexible and miniaturized system is now to be presented, which is very robust against external influences.

Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, mittels eines Systems tumoröses von gesundem Gewebe unterscheiden zu können. Unter tumorösem Gewebe können bösartige und gutartige Tumore im weitesten medizinischen Sinne verstanden werden.It is therefore an object of the invention to be able to distinguish between tumorous and healthy tissue by means of a system. Tumorous tissue can be understood to mean malignant and benign tumors in the broadest medical sense.

Es ist ferner eine Aufgabe der Erfindung, verschiedene Messungen an einem Punkt des Gewebes so durchführen zu können, dass auch dasselbe Gewebe von den verschiedenen Messungen erfasst wird.It is also an object of the invention to be able to carry out different measurements at one point of the tissue in such a way that the same tissue is also covered by the different measurements.

Weitere Aufgaben ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bzw. den besonderen Vorteilen, die mit bestimmten Ausführungsformen erzielt werden.Other objects will emerge from the following description or the particular advantages that are achieved with certain embodiments.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The object is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject matter of the dependent claims.

Das Verfahren zum spektralen Analysieren einer Probe umfasst die folgenden Schritte. Zunächst wird eine Kanüle an die Probe angesetzt. Beispielsweise kann die Kanüle von einer verschieblichen Analysensondenhalterung gehalten und an dieser elektromotorisch an die Probe angesetzt werden. Es ist aber auch möglich, dass die Kanüle per Hand an die Probe angestellt wird.The method of spectrally analyzing a sample includes the following steps. First, a cannula is attached to the sample. For example, the cannula can be held by a displaceable analysis probe holder and attached to the sample by an electric motor. However, it is also possible for the cannula to be placed against the sample by hand.

Das Ansetzen an die Probe kann entweder ein Anstellen an die Probe sein, wobei die Kanüle die Probe mit einer Messspitze flächig berührt, oder aber ein Einführen in die Probe, wobei die Kanüle zumindest mit der Messspitze in die Probe eindringt, insbesondere einsticht.The application to the sample can either be applied to the sample, with the cannula touching the sample over a large area with a measuring tip, or insertion into the sample, with the cannula penetrating, in particular piercing, at least with the measuring tip into the sample.

Ist die Kanüle an die Probe angesetzt, wird ein erster Lichtpuls erzeugt und der erste Lichtpuls in die Kanüle geleitet. Beispielsweise kann der erste Lichtpuls über einen ersten Lichtwellenleiter geleitet werden, der insbesondere direkt in die Kanüle geführt ist. Der erste Lichtpuls wird dabei in vorteilhafter Weise erzeugt, während die Kanüle an die Probe angesetzt ist und die Kanüle dabei nicht bewegt wird. Mit anderen Worten ist es vorteilhaft, wenn die Kanüle möglichst keine Relativbewegung zu der Probe durchführt.If the cannula is attached to the sample, a first light pulse is generated and the first light pulse is guided into the cannula. For example, the first light pulse can be guided via a first optical waveguide, which in particular is guided directly into the cannula. The first light pulse is advantageously generated while the cannula is attached to the sample and the cannula is not being moved. In other words, it is advantageous if the cannula, as far as possible, does not move relative to the sample.

Die Probe wird dann mit dem ersten Lichtpuls durch die Kanüle hindurch bestrahlt bzw. beleuchtet. Bei dem ersten Lichtpuls kann es sich um ein kohärentes Lichtbündel oder auch um ein inkohärentes Lichtbündel handeln; Beide Arten haben Vorteile, weshalb es besonders bevorzugt vorgesehen ist, beide Arten zugleich einzusetzen.The sample is then irradiated or illuminated through the cannula with the first light pulse. The first light pulse can be a coherent light bundle or an incoherent light bundle; Both types have advantages, which is why it is particularly preferred to use both types at the same time.

Es wird weiter ein zweiter Lichtpuls, der von dem ersten Lichtpuls verschiedenartig ist, erzeugt und dieser in die Kanüle geleitet. Die Probe wird dann mit dem zweiten Lichtpuls durch die Kanüle bestrahlt, wobei nach wie vor die Kanüle an die Probe angesetzt ist.A second light pulse, which is different from the first light pulse, is also generated and guided into the cannula. The sample is then irradiated with the second light pulse through the cannula while the cannula is still attached to the sample.

Auch die Spektralantwort des zweiten Lichtpulses wird ausgelesen, erst danach wird die Kanüle von der Probe abgesetzt.The spectral response of the second light pulse is also read out, only then is the cannula removed from the sample.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird während die Kanüle an die Probe angesetzt ist auch ein dritter Lichtpuls erzeugt, der von dem ersten und dem zweiten Lichtpuls verschiedenartig ist. Auch der dritte Lichtpuls wird in die Kanüle geleitet.In a preferred embodiment, while the cannula is attached to the sample, a third light pulse is also generated, which is different from the first and the second light pulse. The third light pulse is also guided into the cannula.

Noch während die Kanüle an die Probe angesetzt ist wird die Probe mit dem dritten Lichtpuls durch die Kanüle bestrahlt bzw. beleuchtet. Auch die Spektralantwort des dritten Lichtpulses wird ausgelesen, danach erfolgt das Absetzen der Kanüle von der Probe.While the cannula is still attached to the sample, the sample is irradiated or illuminated through the cannula with the third light pulse. The spectral response of the third light pulse is also read out, after which the cannula is removed from the sample.

Eine multispektrale Analysensonde zur Analyse verschiedener Spektralbereiche einer Probe umfasst eine Kanüle an einer Probenseite der multispektralen Analysensonde. Die Probenseite ist dabei die der Probe zugewandte Seite.A multispectral analysis probe for analyzing different spectral ranges of a sample includes a cannula on a sample side of the multispectral analysis probe. The sample side is the side facing the sample.

Mit der Kanüle können optische Leiter umhäust werden. In einer einfachen Ausführungsform entspricht die Kanüle einer Hülse bzw. einem zylindrischen Rohrstück mit einer Öffnung auf der von der Probe abgewandten Seite oder mit beidseitigen Öffnungen. Auf der von der Probe abgewandten Seite können beispielsweise optische Leiter durch die Öffnung in die Kanüle eingesetzt werden.Optical conductors can be encapsulated with the cannula. In a simple embodiment, the cannula corresponds to a sleeve or a cylindrical tube piece with an opening on the side facing away from the sample or with openings on both sides. On the side facing away from the sample, for example, optical conductors can be inserted through the opening in the cannula.

An der Probenseite der multispektralen Analysensonde befindet sich eine Messspitze. Mit anderen Worten kann die Probenseite der multispektralen Analysensonde von einer Messspitze gebildet sein. Bei der Messspitze kann es sich entweder um einen Stopfen oder einen Aufsatz handeln, der lichtdurchgängig ausgebildet ist, so dass eine spektrale Beobachtung der Probe durch die Messspitze hindurch ermöglicht ist.A measuring tip is located on the sample side of the multispectral analysis probe. In other words, the sample side of the multispectral analysis probe can be formed by a measuring tip. The measuring tip can either be a stopper or an attachment that is designed to allow light to pass through, so that a spectral observation of the sample through the measuring tip is made possible.

In der Messspitze kann auch eine Lichtoptik eingesetzt sein. Beispielsweise kann die Messspitze so gestaltet sein, dass sie die durchgehende Strahlung bündelt.Light optics can also be used in the measuring tip. For example, the measuring tip be designed in such a way that it focuses the radiation that passes through it.

Die Messspitze kann ferner eine unterschiedlich gestaltete Oberfläche haben. Die Messspitze kann flach ausgebildet sein. Mit einer flachen Messspitze kann insbesondere eine Oberfläche der Probe abgetastet werden. Mit anderen Worten kann die flache Messspitze an eine Probe angestellt, also insbesondere angedrückt, werden, wobei die flache Messspitze nicht in die Probe eindringt, da sie eine flache Oberfläche aufweist. Eine solche Form der Messspitze ist vorteilhaft, wenn beispielsweise die Oberfläche der Probe analysiert werden soll, wie dies insbesondere bei Biopsien durchgeführt wird.
Andererseits kann die Messspitze spitz ausgebildet sein, so dass die Messspitze und zum Eindringen in die Oberfläche der Probe geeignet ist. Mit anderen Worten ist in diesem Fall die Messspitze angeschliffen, angeschrägt oder ganz allgemein gespitzt oder geschärft, so dass eine sich zur Spitze hin verjüngende Struktur ausbildet, die besonders einfach in die Probe eindringen kann. Insbesondere kann die Messspitze die Form einer Nadelspitze haben und ähnlich wie beispielsweise eine Nadel zur Blutentnahme in Gewebe eingestochen werden.
The measuring tip can also have a differently designed surface. The measuring tip can be flat. In particular, a surface of the sample can be scanned with a flat measuring tip. In other words, the flat measuring tip can be placed against a sample, ie in particular pressed, with the flat measuring tip not penetrating into the sample since it has a flat surface. Such a shape of the measuring tip is advantageous if, for example, the surface of the sample is to be analyzed, as is carried out in particular in the case of biopsies.
On the other hand, the measuring tip can be formed with a pointed tip, so that the measuring tip and is suitable for penetrating into the surface of the sample. In other words, in this case the measuring tip is ground, beveled or quite generally pointed or sharpened, so that a structure which tapers towards the tip is formed and which can penetrate the sample particularly easily. In particular, the measuring tip can have the shape of a needle tip and can be pierced into tissue in a manner similar to, for example, a needle for taking blood.

Die multispektrale Analysensonde umfasst bevorzugt einen ersten Lichtwellenleiter zum Transport eines ersten Lichtpulses. Der Lichtwellenleiter ist somit geeignet, einen photonischen Puls eines bestimmten Frequenzbereiches oder einer bestimmten Frequenz von einem Ort zu einem anderen zu transportieren. Prinzipiell eignen sich hierfür dem Fachmann bekannte Kunststoffstäbe, in die die Lichtwellen einkoppeln können. Bevorzugt werden aufgrund der besseren Flexibilität jedoch auch im Allgemeinen als Lichtwellenleiter bezeichnete flexible Materialien, insbesondere faseroptische Leiter. In Lichtwellenleiter können an einer ersten Seite Lichtwellen einkoppeln und an der zweiten, der ersten gegenüberliegenden, Seite wieder auskoppeln. Der wohl als bekanntester Vertreter dieser Art zu bezeichnende Lichtwellenleiter ist eine Glasfaserleitung. Auch eine Quarzfaserleitung kann je nach Einsatzfrequenz oder -spektrum vorteilhaft sein.The multispectral analysis probe preferably includes a first optical waveguide for transporting a first light pulse. The optical waveguide is thus suitable for transporting a photonic pulse of a specific frequency range or a specific frequency from one location to another. In principle, plastic rods known to those skilled in the art are suitable for this purpose, into which the light waves can be coupled. Due to the better flexibility, however, flexible materials generally referred to as optical waveguides, in particular fiber-optic conductors, are preferred. In optical waveguides, light waves can couple in on a first side and couple out again on the second side, which is opposite the first. The most well-known representative of this type of fiber optic cable is a fiber optic cable. A quartz fiber line can also be advantageous depending on the frequency or spectrum used.

Die multispektrale Analysensonde umfasst ferner einen zweiten Lichtwellenleiter zum Transport eines zweiten Lichtpulses, der von dem ersten Lichtpuls verschiedenartig ist. Der erste und der zweite Lichtpuls werden durch die Kanüle an die Messspitze geleitet, um eine Spektralantwort an oder in der Probe zu erzeugen. Mit anderen Worten wird ein Lichtpuls an die Messspitze herangeführt und an die Probe abgegeben, um aus dem an die Probe abgegebenen Lichtpuls eine Spektralantwort zu erhalten.The multispectral analysis probe also includes a second optical waveguide for transporting a second light pulse, which is different from the first light pulse. The first and second light pulses are directed through the cannula to the probe tip to generate a spectral response on or in the sample. In other words, a light pulse is brought to the measuring tip and delivered to the sample in order to obtain a spectral response from the light pulse delivered to the sample.

Die Messspitze kann zur Verbesserung der Eindringung in die Oberfläche der Probe mittels eines Facettenschliffs, eines Hinterschliffs oder einen Einfachschliffs versehen sein. Mit anderen Worten ist die Messspitze geschliffen, so dass die multispektrale Analysensonde in die Probe eingestochen werden kann.To improve penetration into the surface of the sample, the measuring tip can be provided with a facet cut, a relief cut or a single cut. In other words, the measuring tip is ground so that the multispectral analysis probe can be inserted into the sample.

Der Außendurchmesser der Kanüle beträgt in vorteilhafter Weise größer gleich 0,3 mm, bevorzugt größer gleich 0,6 oder 0,8 mm. Je größer der Außendurchmesser der Kanüle ist, desto einfacher lassen sich Lichtwellenleiter in der Kanüle anordnen, beziehungsweise desto mehr Lichtwellenleiter lassen sich in der Kanüle anordnen.The outer diameter of the cannula is advantageously greater than or equal to 0.3 mm, preferably greater than or equal to 0.6 or 0.8 mm. The larger the outer diameter of the cannula, the easier it is to arrange optical waveguides in the cannula, or the more optical waveguides can be arranged in the cannula.

Andererseits beträgt der Außendurchmesser der Kanüle bevorzugt kleiner gleich 4,0 mm, weiter bevorzugt kleiner gleich 2,0 oder sogar 1,5 mm. Eine Obergrenze für den Außendurchmesser der Kanüle ist von Bedeutung, da damit einerseits der durchleuchtete Bereich der Probe begrenzt und somit enger definiert werden kann. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn kleine Tumore beobachtet werden sollen, bei denen bei einer zu großen Kanüle auch gesundes umliegendes Gewebe analysiert würde. Die Obergrenze für den Außendurchmesser der Kanüle ist ferner auch von Vorteil, falls die Kanüle zum Eindringen in die Probe ausgelegt wird. Die Kanüle kann beispielsweise in tumoröses Gewebe eindringen. Ähnlich wie eine gewöhnliche Nadel, die in die Haut eingestochen wird, hat auch die Kanüle beim Eindringen oder Einstechen in die Probe das Material der Probe, also insbesondere das Gewebe, zu verdrängen. Der Verdrängungsvorgang erzeugt einen Eindringwiderstand, der bei kleinerem Durchmesser der Kanüle verringert ist.On the other hand, the outer diameter of the cannula is preferably less than or equal to 4.0 mm, more preferably less than or equal to 2.0 or even 1.5 mm. An upper limit for the outer diameter of the cannula is important, since on the one hand the X-rayed area of the sample can be limited and thus defined more narrowly. This is particularly advantageous when small tumors are to be observed, where healthy surrounding tissue would also be analyzed if the cannula was too large. The upper limit on the outer diameter of the cannula is also advantageous if the cannula is designed to penetrate the sample. For example, the cannula can penetrate tumorous tissue. Similar to an ordinary needle that is pierced into the skin, the cannula also has to displace the material of the sample, ie in particular the tissue, when it penetrates or pierces the sample. The displacement process creates a resistance to penetration, which is reduced with a smaller diameter of the cannula.

Die Wandstärke der Kanüle muss groß genug sein, der Belastung, insbesondere der lateralen „Knickbelastung“, beim Anstellen an die Probe zu widerstehen, um die Kanüle bzw. die multispektrale Analysensonde vor Bruch zu bewahren. Andererseits ist eine dünne Wandung zur Erlangung eines geringen Außendurchmessers vorteilhaft. Die Wandstärke der Kanüle ist das bevorzugt größer gleich 0,1 mm und kleiner gleich 0,3 mm. Somit kann die Kanüle insgesamt einen geringen Außendurchmesser aufweisen, zugleich verbleibt aber hinreichend Raum im Inneren der Kanüle zur Beherbergung der Lichtwellenleiter.The wall thickness of the cannula must be large enough to withstand the load, especially the lateral "buckling load", when it is placed on the sample in order to protect the cannula or the multispectral analysis probe from breaking. On the other hand, a thin wall is advantageous for achieving a small outside diameter. The wall thickness of the cannula is preferably greater than or equal to 0.1 mm and less than or equal to 0.3 mm. The cannula can thus have a small outer diameter overall, but at the same time there is sufficient space inside the cannula for accommodating the optical waveguides.

Der erste Lichtpuls und der zweite Lichtpuls können im Wesentlichen gleichzeitig oder in einem kurzen Zeitintervall nacheinander über die Kanüle an die Probe abgegeben werden. Mit anderen Worten werden der erste und der zweite Lichtpuls mit derart geringem zeitlichen Abstand an die Probe abgegeben, dass die Spektralantwort auf den jeweiligen Lichtpuls gerade noch dem zugehörigen Lichtpuls zugeordnet werden kann. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist es auch möglich, den ersten und zweiten Lichtpuls gleichzeitig oder im Wesentlichen gleichzeitig an die Probe abzugeben und ggf. sogar nur eine gemeinsame, überlagerte Spektralantwort zu erhalten. Ziel ist, dass die Lichtpulse im Wesentlichen auf dasselbe Probenmaterial abgegeben werden. Je näher der zeitliche Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Lichtpuls, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich zwischenzeitlich die Probe oder die multispektrale Analysensonde eine Bewegung durchläuft, es insbesondere also zu einer Relativbewegung zwischen Probe und Sonde kommt. Andererseits kann es je nach Auslegung der Auswerteelektronik zur Auswertung der Spektralantworten auf die Lichtpulse vorteilhaft sein, dass die Lichtpulse als getrennte Pulse aufgezeichnet und analysiert werden können. Ggf. werden die Lichtpulse von verschiedenen Auswerteelektroniken ausgewertet und können in diesem Fall über Lichtwellenleiter der jeweiligen Auswerteelektronik zugeführt werden.The first light pulse and the second light pulse can be delivered to the sample via the cannula essentially simultaneously or in a short time interval one after the other. In other words, the first and the second light pulse are emitted to the sample with such a short time interval that the spectral response to the respective light pulse just barely corresponds to the associated light pulse can be assigned. In an advantageous embodiment, it is also possible to emit the first and second light pulses simultaneously or essentially simultaneously to the sample and possibly even to obtain only a common, superimposed spectral response. The aim is that the light pulses are essentially emitted onto the same sample material. The closer the time interval between the first and the second light pulse, the lower the probability that the sample or the multispectral analysis probe will move in the meantime, ie in particular that there will be a relative movement between the sample and the probe. On the other hand, depending on the design of the evaluation electronics for evaluating the spectral responses to the light pulses, it can be advantageous for the light pulses to be recorded and analyzed as separate pulses. If necessary, the light pulses are evaluated by different evaluation electronics and in this case can be fed to the respective evaluation electronics via optical waveguides.

In einer besonderen Ausgestaltung kann die multispektrale Analysensonde einen Lichtmischer umfassen, wobei der erste Lichtwellenleiter den ersten Lichtpuls und der zweite Lichtwellenleiter den zweiten Lichtpuls in den Lichtmischer einkoppelt und der erste und der zweite Lichtpuls über einen gemeinsamen Lichtmischerleiter durch die Kanüle zur Abgabe an die Probe weitergeleitet werden. Mit anderen Worten werden die Lichtpulse vor der Messspitze, insbesondere vor der Kanüle, in den Lichtmischer eingekoppelt und in dem gemeinsamen Lichtmischerleiter gleichzeitig oder nacheinander übertragen. Der Lichtmischer kann in einer einfachen Ausführungsform in der Nähe der Quellen angeordnet sein. Es hat sich jedoch aufgrund von beobachtetem Dämpfungsverhalten als vorteilhaft erwiesen, den Lichtmischer an oder in der Nähe der Kanüle anzuordnen, so dass zwischen Lichtmischer und Messspitze (Probe) eine möglichst kurze Distanz vom Licht zu überbrücken ist.In a particular embodiment, the multispectral analysis probe can include a light mixer, with the first optical fiber coupling the first light pulse and the second optical fiber coupling the second light pulse into the light mixer, and the first and second light pulses being passed on via a common optical mixer conductor through the cannula for delivery to the sample become. In other words, the light pulses are coupled into the light mixer in front of the measuring tip, in particular in front of the cannula, and are transmitted simultaneously or one after the other in the common light mixer conductor. In a simple embodiment, the light mixer can be arranged in the vicinity of the sources. However, due to the damping behavior observed, it has proven to be advantageous to arrange the light mixer on or near the cannula, so that the light can bridge the shortest possible distance between the light mixer and the measuring tip (sample).

Der Lichtmischerleiter ist bevorzugt in die Kanüle eingesetzt, er endet bevorzugt in der Kanüle unmittelbar an der Messspitze oder bildet ggf. einen Teil der Messspitze.The light mixer conductor is preferably inserted into the cannula, it preferably ends in the cannula directly at the measuring tip or possibly forms part of the measuring tip.

Ein Kanülenende des ersten Lichtwellenleiters kann in die Kanüle eingesetzt sein und beispielsweise unmittelbar an der Messspitze enden. Der erste Lichtwellenleiter kann auch einen Teil der Messspitze bilden. Mit anderen Worten grenzt das Kanülenende des Lichtwellenleiters in dieser Ausführungsform unmittelbar an die Messspitze, die beispielsweise aus optisch leitendem Material ausgeführt ist. In der weiteren Ausführungsform ist der erste Lichtwellenleiter selbst bis an den Rand der Probenseite der Kanüle geführt, so dass das Kanülenende des ersten Lichtwellenleiters beim Ansetzen der Kanüle an die Probe selbst die Probe unmittelbar berührt. Sofern das Kanülenende des ersten Lichtwellenleiters die Probe unmittelbar berührt, kann die Anzahl der optischen Grenzflächen in der Kanüle weiter verringert werden, da das Licht im ersten Lichtwellenleiter bis zum Kanülenende propagieren kann und dort unmittelbar in die Probe austritt, ohne durch weiteres Material zu laufen.A cannula end of the first optical waveguide can be inserted into the cannula and, for example, end directly at the measuring tip. The first optical waveguide can also form part of the measuring tip. In other words, in this embodiment, the cannula end of the optical fiber is directly adjacent to the measuring tip, which is made of optically conductive material, for example. In the further embodiment, the first optical waveguide itself is guided up to the edge of the sample side of the cannula, so that the cannula end of the first optical waveguide directly touches the sample when the cannula is attached to the sample. If the cannula end of the first optical waveguide touches the sample directly, the number of optical interfaces in the cannula can be further reduced, since the light in the first optical waveguide can propagate to the cannula end and exit directly into the sample without running through other material.

Auch der zweite Lichtwellenleiter kann ein Kanülenende aufweisen, welches in die Kanüle eingesetzt ist und unmittelbar an der Messspitze endet oder einen weiteren Teil der Messspitze bildet.The second optical waveguide can also have a cannula end, which is inserted into the cannula and ends directly at the measuring tip or forms another part of the measuring tip.

Die multispektrale Analysensonde kann ferner einen dritten Lichtwellenleiter zum Transport eines, von dem ersten und dem zweiten Lichtpuls verschiedenen, dritten Lichtpulses aufweisen. Auch der dritte Lichtpuls wird durch die Kanüle an die Messspitze geleitet, um eine Spektralantwort an oder in der Probe zu erzeugen. Mit anderen Worten wird mit einem dritten Lichtpuls eine weitere, verschiedenartige Spektralantwort von insbesondere exakt derselben Stelle der Probe erhalten, so dass eine Überlagerung der Analyseergebnisse der Spektralantwort des dritten Lichtpulses mit den Analyseergebnissen der Spektralantworten des ersten und zweiten Lichtpulses ggf. neue, weitere Informationen über die Probe bereitstellt.The multispectral analysis probe can also have a third optical waveguide for transporting a third light pulse that is different from the first and second light pulses. The third light pulse is also guided through the cannula to the measuring tip in order to generate a spectral response on or in the sample. In other words, with a third light pulse, a further, different spectral response is obtained, in particular from exactly the same point on the sample, so that superimposing the analysis results of the spectral response of the third light pulse with the analysis results of the spectral responses of the first and second light pulses may provide new, additional information about provides the sample.

Auch der dritte Lichtwellenleiter der multispektralen Analysensonde kann den dritten Lichtpuls in den Lichtmischer einkoppeln. In dieser Ausführungsform wird der erste, der zweite und der dritte Lichtpuls über den gemeinsamen Lichtmischerleiter durch die Kanüle zur Abgabe an die Probe weitergeleitet.The third optical waveguide of the multispectral analysis probe can also couple the third light pulse into the light mixer. In this embodiment, the first, second and third light pulses are passed through the cannula via the common light mixer fiber for delivery to the sample.

In die Kanüle ist bevorzugt ein vierter Lichtwellenleiter eingesetzt um die Spektralantwort auf den ersten Lichtpuls aus der Kanüle zu leiten. Mit anderen Worten ist neben dem oder den Lichtwellenleitern zum Zuführen eines optischen Signals zu der Probe auch ein Lichtwellenleiter zum Abführen der Spektralantwort von der Probe in der Kanüle beherbergt. Bevorzugt existiert zu jedem zuführenden Lichtwellenleiter auch ein abführender Lichtwellenleiter.A fourth optical waveguide is preferably inserted into the cannula in order to conduct the spectral response to the first light pulse from the cannula. In other words, in addition to the optical waveguide(s) for supplying an optical signal to the sample, an optical waveguide for removing the spectral response from the sample is also accommodated in the cannula. There is preferably also an outgoing optical waveguide for each incoming optical waveguide.

In die Kanüle kann somit ein fünfter Lichtwellenleiter eingesetzt sein, um die Spektralantwort auf den zweiten Lichtpuls aus der Kanüle zu leiten. In die Kanüle kann auch ein sechster Lichtwellenleiter eingesetzt sein um die Spektralantwort auf den dritten Lichtpuls aus der Kanüle zu leiten.A fifth optical waveguide can thus be inserted into the cannula in order to guide the spectral response to the second light pulse out of the cannula. A sixth optical waveguide can also be inserted into the cannula in order to conduct the spectral response to the third light pulse from the cannula.

Die Lichtwellenleiter können bevorzugt nebeneinander in der Kanüle eingesetzt sein. Mit anderen Worten werden die Lichtwellenleiter von der der Probe gegenüberliegenden Seite parallel zueinander und als Leiterbündel dicht gepackt in die Kanüle geführt, so dass ein enges platzsparendes Bündel vorliegt und der Außendurchmesser der Kanüle weiter verringert werden kann.The optical waveguides can preferably be used side by side in the cannula. In other words, the optical fibers of on the side opposite to the sample are fed parallel to each other and tightly packed as a bundle of conductors into the cannula, so that there is a narrow, space-saving bundle and the outer diameter of the cannula can be further reduced.

In einer besonderen Ausführungsform sind der erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Lichtwellenleiter sowie der Lichtmischerleiter nebeneinander in der Kanüle eingesetzt, so dass die Einzelzuführung der Lichtpulse alternativ zu der Zuführung durch den Lichtmischerleiter an der Probe durchgeführt werden kann, ohne die multispektrale Analysensonde von der Probe abzusetzen.In a particular embodiment, the first, second, third, fourth, fifth and sixth optical waveguide and the light mixer conductor are used side by side in the cannula, so that the individual delivery of the light pulses can be carried out on the sample as an alternative to delivery through the light mixer conductor, without the multispectral Remove the analysis probe from the sample.

Der erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Lichtwellenleiter sowie der Lichtmischerleiter können mit dem jeweiligen Kanülenende gemeinsam die Messspitze der multispektralen Analysensonde bilden. Mit anderen Worten kommen die Kanülenenden der nebeneinander liegenden Lichtwellenleiter an der Probenseite der Kanüle in dieser Ausführungsform so zu liegen, dass die Lichtwellenleiter beim Ansetzen der multispektralen Analysensonde an eine Probe unmittelbaren Kontakt mit der Probe eingehen.The first, second, third, fourth, fifth and sixth optical waveguide as well as the light mixer conductor can together form the measuring tip of the multispectral analysis probe with the respective end of the cannula. In other words, the cannula ends of the optical waveguides lying next to one another on the sample side of the cannula come to rest in this embodiment in such a way that the optical waveguides come into direct contact with the sample when the multispectral analysis probe is placed on a sample.

Die Lichtwellenleiter, also insbesondere der erste, zweite, dritte, vierte, fünfte, sechste Lichtwellenleiter und/oder der Lichtmischerleiter, umfassen in einer bevorzugten Ausführungsform faseroptische Leiter, also flexible Leiterfäden, in die optisches Licht einkoppeln und sich entlang des faseroptischen Leiters ausbreiten kann. Hierunter sind insbesondere Glasfaserleitungen oder Quarzfaserleitungen zu verstehen.In a preferred embodiment, the optical waveguides, i.e. in particular the first, second, third, fourth, fifth, sixth optical waveguide and/or the light mixer cable, comprise fiber-optic cables, i.e. flexible fiber optics, into which optical light can be coupled and propagated along the fiber-optic cable. This is to be understood in particular as glass fiber lines or quartz fiber lines.

Die Lichtwellenleiter, also insbesondere die faseroptischen Leiter, insbesondere der erste, zweite, dritte, vierte, fünfte, sechste Lichtwellenleiter und/oder der Lichtmischerleiter, haben bevorzugt einen Durchmesser größer gleich 0,05 mm, insbesondere größer gleich 0,1 mm. Es hat sich in Experimenten zur Erforschung der Grundlagen der vorliegenden Erfindung nämlich herausgestellt, dass diese Durchmesser eine höhere Ausbeute der spektralen Antwort ermöglichen.The light waveguides, ie in particular the fiber optic guides, in particular the first, second, third, fourth, fifth, sixth light waveguide and/or the light mixer guide, preferably have a diameter greater than or equal to 0.05 mm, in particular greater than or equal to 0.1 mm. In fact, it has been found in experiments to explore the principles of the present invention that these diameters allow a higher yield of the spectral response.

Die Lichtwellenleiter, also insbesondere die faseroptischen Leiter, insbesondere der erste, zweite, dritte, vierte, fünfte, sechste Lichtwellenleiter und/oder der Lichtmischerleiter, haben andererseits bevorzugt einen Durchmesser kleiner gleich 1,0 mm, insbesondere kleiner gleich 0,4 mm. Dies ist als Kompromiss gefunden worden, um bei einer möglichst hohen Ausbeute der spektralen Antwort eine vertretbare kleine Größe des Durchmessers der Fasern zu ermöglichen, so dass der Gesamtaußendurchmesser der Kanüle nicht zu groß wird und die Kanüle dadurch in ihrer Handhabbarkeit beeinträchtigt wird.The optical waveguides, i.e. in particular the fiber-optical conductors, in particular the first, second, third, fourth, fifth, sixth optical waveguide and/or the optical mixer conductor, on the other hand preferably have a diameter of less than or equal to 1.0 mm, in particular less than or equal to 0.4 mm. This was found as a compromise in order to allow a reasonable small size of the diameter of the fibers with the highest possible yield of the spectral response, so that the overall outer diameter of the cannula does not become too large and the cannula is thereby impaired in its handling.

Die multispektrale Analysensonde kann eine verschiebliche Analysensondenhalterung zum Befestigen der Kanüle und zum Positionieren der Kanüle an der Probe umfassen. Mit anderen Worten kann es sich hierbei um ein Linearsystem beispielsweise in Form eines motorisch betriebenen Schlittens auf einer Schiene handeln, welcher zu Einstellzwecken auf der Schiene beweglich ist.The multispectral analysis probe may include a slidable analysis probe mount for attaching the cannula and for positioning the cannula on the sample. In other words, this can be a linear system, for example in the form of a motor-driven slide on a rail, which can be moved on the rail for adjustment purposes.

Der erste Lichtwellenleiter kann ein Quellende zum Verbinden des ersten Lichtwellenleiters mit einer ersten Lichtquelle umfasst. Mit anderen Worten ist der Lichtwellenleiter direkt über sein Quellende mit der ersten Lichtquelle verbunden. Hierdurch kann die Zahl der optischen Bauteile weiter minimiert werden und somit die Transmission, also die Durchlässigkeit der Lichtsignalübertragung zu der Kanüle weiter verbessert werden.The first optical fiber may include a source end for connecting the first optical fiber to a first light source. In other words, the optical fiber is directly connected to the first light source via its source end. As a result, the number of optical components can be further minimized and thus the transmission, ie the permeability of the light signal transmission to the cannula, can be further improved.

Auch der zweite Lichtwellenleiter kann ein Quellende zum Verbinden des zweiten Lichtwellenleiters mit einer zweiten Lichtquelle umfassen.The second optical waveguide can also comprise a source end for connecting the second optical waveguide to a second light source.

Im Übrigen kann auch der dritte Lichtwellenleiter ein Quellende zum Verbinden des dritten Lichtwellenleiters mit einer dritten Lichtquelle umfassen.Moreover, the third optical waveguide can also include a source end for connecting the third optical waveguide to a third light source.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der vierte Lichtwellenleiter ein Ausgabeende zum Verbinden des vierten Lichtwellenleiters mit einem ersten Auswertegerät. Auch hier gilt der lichtoptische Grundsatz, möglichst wenig optische Bauteile in den Strahlweg zu platzieren, um die Ausbeute an Licht möglichst hoch zu halten. Eine unmittelbare Verbindung des vierten Lichtwellenleiters mit dem ersten Auswertegerät ist daher vorteilhaft.In a preferred embodiment, the fourth optical waveguide comprises an output end for connecting the fourth optical waveguide to a first evaluation device. Here, too, the light-optical principle applies to place as few optical components as possible in the beam path in order to keep the light yield as high as possible. A direct connection of the fourth optical waveguide to the first evaluation device is therefore advantageous.

Auch der fünfte Lichtwellenleiter kann ein Ausgabeende zum Verbinden des fünften faseroptischen Leiters mit dem ersten oder einem zweiten Auswertegerät umfassen. Mit anderen Worten kann der fünfte Lichtwellenleiter an dasselbe Auswertegerät wie der vierte Lichtwellenleiter angeschlossen sein. Dies kann der Fall sein, wenn das erste Auswertegerät dazu eingerichtet ist, mehrere Signaleingänge vorzuhalten, so dass mit einem Auswertegerät mehrere Spektralantworten verarbeitet werden können.The fifth optical fiber can also have an output end for connecting the fifth fiber-optic cable to the first or a second evaluation device. In other words, the fifth optical fiber can be connected to the same evaluation device as the fourth optical fiber. This can be the case if the first evaluation device is set up to provide a number of signal inputs, so that a number of spectral responses can be processed with one evaluation device.

Auch der sechste Lichtwellenleiter kann ein Ausgabeende zum Verbinden des sechsten faseroptischen Leiters mit dem ersten oder einem dritten Auswertegerät umfasst.The sixth optical fiber can also have an output end for connecting the sixth fiber-optic cable to the first or a third evaluation device.

Ein Analysesystem mit einer multispektralen Analysensonde zur Analyse verschiedener Spektralbereiche einer Probe umfasst eine erste optische Quelle zur Erzeugung eines ersten Lichtpulses. Die erste optische Quelle ist bevorzugt beabstandet von der Kanüle angeordnet.An analysis system with a multispectral analysis probe for analyzing different spectral ranges of a sample includes a first optical one Source for generating a first light pulse. The first optical source is preferably spaced from the cannula.

Das Analysesystem mit multispektraler Analysensonde zur Analyse verschiedener Spektralbereiche der Probe umfasst ferner eine zweite optische Quelle zur Erzeugung eines zweiten Lichtpulses, der von dem ersten Lichtpuls verschiedenartig ist.The analysis system with a multispectral analysis probe for analyzing different spectral ranges of the sample also includes a second optical source for generating a second light pulse, which differs from the first light pulse.

Das Analysesystem umfasst weiterhin eine Kanüle an einer Probenseite der multispektralen Analysensonde zur Beherbergung von optischen Leitern sowie eine Messspitze an der Probenseite der multispektralen Analysensonde.The analysis system also includes a cannula on a sample side of the multispectral analysis probe for accommodating optical conductors and a measuring tip on the sample side of the multispectral analysis probe.

Die erste optische Quelle und die zweite optische Quelle sind dabei mit der Kanüle verbunden, um die Lichtpulse an die Messspitze zu senden.The first optical source and the second optical source are connected to the cannula in order to send the light pulses to the measuring tip.

Bevorzugt werden der erste Lichtpuls der ersten optischen Quelle und der zweite Lichtpuls der zweiten optischen Quelle im Wesentlichen gleichzeitig oder in einem kurzen Zeitintervall nacheinander über die Kanüle an die Probe abgegeben, so dass die Lichtpulse im Wesentlichen auf dasselbe Probenmaterial abgegeben werden.The first light pulse from the first optical source and the second light pulse from the second optical source are preferably delivered to the sample essentially simultaneously or in a short time interval one after the other via the cannula, so that the light pulses are delivered essentially to the same sample material.

In einer Ausführungsform ist ein Lichtmischer umfasst, wobei der erste Lichtwellenleiter den ersten Lichtpuls und der zweite Lichtwellenleiter den zweiten Lichtpuls in den Lichtmischer einkoppelt und der erste und der zweite Lichtpuls über einen gemeinsamen Lichtmischerleiter durch die Kanüle zur Abgabe an die Probe weitergeleitet werden.In one embodiment, a light mixer is included, wherein the first optical waveguide couples the first light pulse and the second optical waveguide couples the second light pulse into the light mixer, and the first and second light pulses are passed on via a common light mixer guide through the cannula for delivery to the sample.

Das Analysesystem kann ferner einen ersten Lichtwellenleiter mit einem Quellende umfassen, wobei das Quellende des ersten Lichtwellenleiters mit der ersten Lichtquelle verbunden ist.The analysis system may further include a first optical fiber having a source end, the source end of the first optical fiber being connected to the first light source.

Das Analysesystem kann auch einen zweiten Lichtwellenleiter mit einem Quellende umfassen, wobei das Quellende des zweiten Lichtwellenleiters mit der zweiten Lichtquelle verbunden ist.The analysis system may also include a second optical fiber having a source end, the source end of the second optical fiber being connected to the second light source.

Das Analysesystem kann nun noch ferner eine dritte optische Quelle zur Erzeugung eines dritten Lichtpulses umfassen, der sowohl von dem ersten Lichtpuls als auch von dem zweiten Lichtpuls verschiedenartig ist.
In dieser Ausführungsform ist ferner bevorzugt ein dritter Lichtwellenleiter mit einem Quellende umfasst, wobei das Quellende des dritten Lichtwellenleiters mit der dritten Lichtquelle verbunden ist.
The analysis system can now also further comprise a third optical source for generating a third light pulse, which is different from both the first light pulse and the second light pulse.
In this embodiment, a third optical fiber having a source end is preferably further included, the source end of the third optical fiber being connected to the third light source.

Die erste optische Quelle kann beispielsweise eine Fluoreszenzlichtquelle sein.The first optical source can be a fluorescent light source, for example.

Die zweite optische Quelle kann beispielsweise eine visuelle Lichtquelle, insbesondere eine Halogenlichtquelle, sein.The second optical source can be, for example, a visual light source, in particular a halogen light source.

Die dritte optische Quelle kann schließlich eine Nahinfrarotlichtquelle ist.Finally, the third optical source may be a near-infrared light source.

In einer bestimmten Ausführungsform werden die drei Lichtquellen in der vorbezeichneten Ausführung gemeinsam verwendet, so dass eine Fluoreszenzlichtquelle, eine visuelle Lichtquelle und eine Nahinfrarotlichtquelle gleichzeitig eingesetzt werden. Bevorzugt können alle drei verschiedenartigen Lichtpulse der verschiedenartigen Lichtquellen gleichzeitig in die multispektrale Analysensonde zur Weiterleitung an die Probe eingestrahlt werden.In a specific embodiment, the three light sources in the above embodiment are used together so that a fluorescent light source, a visual light source, and a near-infrared light source are used simultaneously. All three different types of light pulses from the different types of light sources can preferably be radiated simultaneously into the multispectral analysis probe for transmission to the sample.

Die erste optische Quelle gibt bevorzugt Licht im Wellenlängenbereich von 300 nm bis 400 nm ab.The first optical source preferably emits light in the wavelength range from 300 nm to 400 nm.

Die zweite optische Quelle gibt bevorzugt Licht im Wellenlängenbereich zwischen 300 nm und 1200 nm, insbesondere zwischen 700 und 1200 nm, ab.The second optical source preferably emits light in the wavelength range between 300 nm and 1200 nm, in particular between 700 and 1200 nm.

Die dritte optische Quelle gibt bevorzugt Licht im Wellenlängenbereich zwischen 1200 nm und 2200 nm ab.The third optical source preferably emits light in the wavelength range between 1200 nm and 2200 nm.

Mit anderen Worten geben die erste, zweite und dritte Lichtquelle zueinander verschiedenartige Lichtpulse ab, da jede Lichtquelle in einem anderen Frequenzbereich abstrahlt. Jedoch ist es auch interessant und somit bevorzugt, dass beispielsweise die erste Lichtquelle inkohärentes Licht abgibt, die zweite Lichtquelle dagegen kohärentes Licht und die Lichtpulse vor diesem Hintergrund verschiedenartig sind.In other words, the first, second and third light sources emit light pulses of different types to one another, since each light source emits in a different frequency range. However, it is also interesting and therefore preferred that, for example, the first light source emits incoherent light, while the second light source emits coherent light and the light pulses are of different types against this background.

Diese Eigenschaften der Lichtquellen können ggf. auch während des Bestrahlungsvorganges der Probe geändert werden. Wesentlich ist, dass die Strahlung der ersten Lichtquelle von der Strahlung der zweiten Lichtquelle verschiedenartig ist, so dass bei einer Analyse der Spektralantwort aus der Probe unterschiedliche Ergebnisse aus den Spektralantworten extrahiert werden können und die Ergebnisse zueinander in Verbindung gebracht werden können. If necessary, these properties of the light sources can also be changed during the irradiation process of the sample. It is essential that the radiation from the first light source differs from the radiation from the second light source, so that when analyzing the spectral response from the sample, different results can be extracted from the spectral responses and the results can be linked to one another.

Diese Verknüpfung der unterschiedlichen Ergebnisse für dieselbe Probe, aber unter Ausnutzung verschiedenartiger Lichtpulse, ermöglicht neue Erkenntnisse zu der Beschaffenheit der jeweils analysierten Probe.This linking of the different results for the same sample, but using different types of light pulses, enables new insights into the nature of the sample analyzed in each case.

Das Analysesystem kann so ausgebildet sein, dass der dritte Lichtwellenleiter den dritten Lichtpuls ebenfalls in den Lichtmischer einkoppelt und der erste, der zweite und der dritte Lichtpuls über den gemeinsamen Lichtmischerleiter durch die Kanüle zur Abgabe an die Probe weitergeleitet werden.The analysis system can be designed in such a way that the third optical waveguide also couples the third light pulse into the light mixer and the first, the second and the third light pulse via the common light mixer conductor through the cannula for delivery to the sample.

Das Analysesystem kann ferner einen vierten in die Kanüle eingesetzten Lichtwellenleiter umfassen, um die Spektralantwort auf den ersten Lichtpuls aus der Kanüle insbesondere an das erste Auswertesystem zu leiten.The analysis system can also include a fourth optical waveguide inserted into the cannula in order to conduct the spectral response to the first light pulse from the cannula, in particular to the first evaluation system.

Auch ein fünfter Lichtwellenleiter kann in die Kanüle eingesetzt sein um die Spektralantwort auf den zweiten Lichtpuls aus der Kanüle zu leiten. Schließlich kann auch ein sechster Lichtwellenleiter in die Kanüle eingesetzt sein, um die Spektralantwort auf den dritten Lichtpuls aus der Kanüle zu leiten.A fifth optical waveguide can also be inserted into the cannula in order to guide the spectral response to the second light pulse out of the cannula. Finally, a sixth optical waveguide can also be inserted into the cannula in order to direct the spectral response to the third light pulse out of the cannula.

Das Analysesystem mit multispektraler Analysensonde kann ferner ein erstes Auswertesystem zur spektralen und/oder fotometrischen Analyse der Spektralantwort auf den ersten Lichtpuls umfassen.The analysis system with a multispectral analysis probe can also include a first evaluation system for spectral and/or photometric analysis of the spectral response to the first light pulse.

Das erste Auswertesystem kann hergerichtet sein, auch eine spektrale und/oder fotometrische Analyse der Spektralantwort auf den zweiten und/oder dritten Lichtpuls auszuführen.The first evaluation system can be set up to also carry out a spectral and/or photometric analysis of the spectral response to the second and/or third light pulse.

Die Lichtwellenleiter des Analysesystems können Glasfaserleitungen oder Quarzfaserleitungen umfassen.The optical waveguides of the analysis system can comprise glass fiber lines or quartz fiber lines.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments and with reference to the figures, in which identical and similar elements are sometimes provided with the same reference symbols and the features of the various exemplary embodiments can be combined with one another.

Figurenlistecharacter list

Es zeigen:

  • 1 eine Seitenansicht einer multispektralen Analysensonde,
  • 2 weitere Ausführungsform der multispektralen Analysensonde,
  • 3 Schnitt der Kanüle der multispektralen Analysensonde,
  • 4 Aufsicht der probenabgewandten Seite der Kanüle,
  • 5 eine weitere Ausführungsform der Kanüle,
  • 6 Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Kanüle,
  • 7 Beispiel für eine Belegung der Lichtwellenleiter,
  • 8 weitere Belegungsmöglichkeit für die Lichtwellenleiter,
  • 9 Aufbau eines Lichtmischers,
  • 10 eine Ausführungsform des Lichtmischers,
  • 11 Überblick über ein Analysesystem,
  • 12 eine weitere Form der multispektralen Analysensonde,
  • 13 Analysensondenhalterung,
  • 14 Analysensondenhalterung aus einer anderen Blickrichtung,
  • 15 Intensitätsverläufe für eingestrahltes Licht,
  • 16 beispielhafte Spektralantwort.
Show it:
  • 1 a side view of a multispectral analysis probe,
  • 2 further embodiment of the multispectral analysis probe,
  • 3 cutting the cannula of the multispectral analysis probe,
  • 4 Supervision of the side of the cannula facing away from the sample,
  • 5 another embodiment of the cannula,
  • 6 Top view of another embodiment of the cannula,
  • 7 Example of an assignment of the fiber optic cable,
  • 8th additional assignment option for the optical fibers,
  • 9 construction of a light mixer,
  • 10 an embodiment of the light mixer,
  • 11 overview of an analysis system,
  • 12 another form of multispectral analysis probe,
  • 13 analysis probe holder,
  • 14 Analysis probe holder from a different perspective,
  • 15 Intensity curves for incident light,
  • 16 exemplary spectral response.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

1 zeigt eine erste Seitenansicht einer multispektralen Analysensonde 10. Lichtwellenleiter 30 werden geschützt und abgeschirmt von einer Bruch- und Biegesicherung 32 zu der Kanüle 20 geführt. Im Bereich des Übergangs zwischen externem Lichtwellenleiter 30 und Kanüle 20 ist eine Haltemuffe 22 angeordnet. Die Haltemuffe 22 kann vorliegend gleich mehrere Funktionen erfüllen. Zum Einen kann die Kanüle 20 an der Haltemuffe 22 befestigt, also beispielsweise eingeklebt oder eingeschraubt oder anderweitig fixiert, sein. Somit erhöht die Haltemuffe 22 die Stabilität der multispektralen Analysensonde 10. Des Weiteren kann die Haltemuffe 22 die Greifbarkeit der multispektralen Analysensonde 10 erhöhen, da sich ein fester Gegenstand entspannter und ruhiger in der Hand halten lässt, als die Kanüle 20 oder die Lichtwellenleiter 30. Die Haltemuffe 22 kann also im händigen Einsatz der multispektralen Analysensonde 10 die Analysenergebnisse verbessern, da die Sonde 10 ruhiger gehalten werden kann. 1 shows a first side view of a multispectral analysis probe 10. Optical waveguides 30 are guided to the cannula 20 in a protected and shielded manner by a breakage and bending protection device 32. A retaining sleeve 22 is arranged in the area of the transition between the external optical waveguide 30 and the cannula 20 . In the present case, the holding sleeve 22 can fulfill several functions at the same time. On the one hand, the cannula 20 can be fastened to the holding sleeve 22, for example glued in or screwed in or fixed in some other way. The holding sleeve 22 thus increases the stability of the multispectral analysis probe 10. Furthermore, the holding sleeve 22 can increase the grippability of the multispectral analysis probe 10, since a solid object can be held in the hand in a more relaxed and steady manner than the cannula 20 or the optical waveguide 30. The Holding sleeve 22 can therefore improve the analysis results when using the multispectral analysis probe 10 by hand, since the probe 10 can be held more still.

Andererseits kann die Haltemuffe 22 auch direkt zur Befestigung der multispektralen Analysensonde 10 an einer Halterung 12 (vgl. 13) ausgebildet sein. Im einfachsten Fall kann mittels einer Klemme die Sonde 10 gehaltert werden. Ggf. umfasst die Haltemuffe 22 Befestigungsmittel, insbesondere Haken oder Rastnasen, zum Befestigen an der Halterung.On the other hand, the retaining sleeve 22 can also be used directly to attach the multispectral analysis probe 10 to a holder 12 (cf. 13 ) be trained. In the simplest case, the probe 10 can be held in place by means of a clamp. If necessary, the retaining sleeve 22 includes fastening means, in particular hooks or latching lugs, for fastening to the holder.

In der Ausführungsform der 1 ist die Kanüle 20 mehrere Zentimeter, bspw. 5 bis 8 cm, lang. Eine solche Kanüle 20 ist besonders zum Einstechen oder Eindringen in eine Probe 100 (vgl. 11) geeignet. Es ist jedoch auch eine nur kurze Kanüle 20 von bspw. 0,2 bis 1 cm Länge vorgesehen zum äußeren Abtasten der Probe 100.In the embodiment of 1 the cannula 20 is several centimeters, for example 5 to 8 cm long. Such a cannula 20 is particularly suitable for piercing or penetrating a sample 100 (cf. 11 ) suitable. However, only a short cannula 20 with a length of e.g. 0.2 to 1 cm is also provided for the external scanning of the sample 100.

2 zeigt eine weitere Ausführungsform der multispektralen Analysensonde 10. Die einzelnen Lichtwellenleiter erster Lichtwellenleiter 34, zweiter Lichtwellenleiter 36 und dritter Lichtwellenleiter 38 sind mit ihrem Quellende mit einer Lichtquelle 80 (vgl. 11) verbunden um die Strahlung von der Lichtquelle 80 zu leiten. Die einzelnen Lichtwellenleiter vierter 40, fünfter 42 und sechster 44 Lichtwellenleiter sind mit einem Auswertesystem 70, 72 (vgl. 11) verbunden, um die Spektralantwort auf den jeweiligen Lichtpuls zu dem Auswertesystem 70, 72 zwecks Analyse zu leiten. 2 shows a further embodiment of the multispectral analysis probe 10. The individual light waveguides, first light waveguide 34, second light waveguide 36 and third light waveguide 38, are connected at their source end to a light source 80 (cf. 11 ) connected to guide the radiation from the light source 80. The individual optical fibers of the fourth 40, fifth 42 and sixth 44 optical fibers are equipped with an evaluation system 70, 72 (cf. 11 ) connected in order to direct the spectral response to the respective light pulse to the evaluation system 70, 72 for the purpose of analysis.

Die einzelnen Lichtwellenleiter 34, 36, 38, 40, 42, 44 sind in dieser Ausführungsform in einem Lichtmischer 50 zusammengeführt. Mit anderen Worten umfasst der Lichtmischer 50 eine Optik, die ein Einkoppeln von Lichtwellen aus verschiedenen Leitern in einen einzigen Leiter ermöglicht. An der der Probe 100 (vgl. 11) zugewandten Seite des Lichtmischers 50 tritt dann eine Lichtmischerleitung 45 aus, die das Licht bidirektional mit der Kanüle 20 und weiter mit der Probe 100 austauscht. In dieser Ausführungsform kann die Kanüle 20 besonders schlank bzw. mit geringem Durchmesser ausgeführt sein, da ggf. nur das Probenende der Lichtmischerleitung 45 darin beherbergt wird.The individual light waveguides 34, 36, 38, 40, 42, 44 are combined in a light mixer 50 in this embodiment. In other words, the light mixer 50 includes optics that enable light waves from different conductors to be coupled into a single conductor. At the sample 100 (cf. 11 ) facing side of the light mixer 50 then exits a light mixer line 45, which exchanges the light bidirectionally with the cannula 20 and further with the sample 100. In this embodiment, the cannula 20 can be particularly slim or have a small diameter, since only the sample end of the light mixer line 45 is possibly accommodated in it.

3 zeigt einen Schnitt der Kanüle 20, wobei an dem probenseitigen Ende eine Messspitze 24 gezeigt ist, welche das probenseitige Ende der Kanüle 20 einnimmt und das Licht der Lichtwellenleiter weiterleitet. Beispielsweise kann die Messspitze 24 ein Glasstopfen sein. In der gezeigten Form schließt die Messspitze 24 bündig an die Lichtwellenleiter 36, 44, 46 an, so dass ein besonders guter Übergang der Lichtwellen aus dem Leiter in die Messspitze 24 und umgekehrt ermöglicht ist. In der Messspitze 24 sind mögliche Strahlengänge 26 der die einzelnen Lichtwellenleiter verlassenden Strahlenbündel skizziert. 3 shows a section of the cannula 20, a measuring tip 24 being shown at the sample-side end, which occupies the sample-side end of the cannula 20 and forwards the light of the optical waveguide. For example, the measuring tip 24 can be a glass stopper. In the form shown, the measuring tip 24 is flush with the optical waveguides 36, 44, 46, so that a particularly good transition of the light waves from the guide to the measuring tip 24 and vice versa is made possible. Possible beam paths 26 of the beam bundles leaving the individual optical waveguides are outlined in the measuring tip 24 .

Die Messspitze 24 an der Probenseite der multispektralen Analysensonde 10 ist in 3 flach ausgeführt. Mit anderen Worten hat die Messspitze 24 eine zylindrische stumpfe Oberfläche. Die Messspitze 24 ist daher besonders zum Anstellen der multispektralen Analysensonde 10 an eine Probe 100 (vgl. 11) geeignet, also insbesondere zum Andrücken an die Probe 100. Mit der gezeigten Messspitze 24 können also besonders Analysen von Biopsien durchgeführt werden bzw. allgemein an Proben 100 (vgl. 11), in denen nicht eingestochen wird.The measuring tip 24 on the sample side of the multispectral analysis probe 10 is in 3 executed flat. In other words, the measuring tip 24 has a cylindrical blunt surface. The measuring tip 24 is therefore particularly suitable for positioning the multispectral analysis probe 10 on a sample 100 (cf. 11 ) suitable, i.e. in particular for pressing onto the sample 100. With the measuring tip 24 shown, analyzes of biopsies in particular can be carried out or on samples 100 in general (cf. 11 ) which are not pierced.

4 zeigt eine Aufsicht der probenabgewandten Seite der Kanüle der gleichen Ausführungsform wie 3. Somit ist eine Aufsicht auf die Lichtwellenleiter 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46 dargestellt, welche in dieser Ausführungsform parallel nebeneinanderliegend angeordnet sind. In dieser Ausführungsform sind also nicht nur Quellenleiter 34, 36, 38 (erster Lichtwellenleiter 34, zweiter Lichtwellenleiter 36, dritter Lichtwellenleiter 38) und Analysenleiter 40, 42, 44 (vierter Lichtwellenleiter 40, fünfter Lichtwellenleiter 42, sechster Lichtwellenleiter 44) vorgesehen, sondern parallel auch der Lichtmischerleiter 46 in dem Lichtwellenleiterpaket und in der Bruch- und Biegesicherung 32 geführt. Mit anderen Worten kann die Probe 100 (vgl. 11) sowohl mit Einzellichtwellenleitern 34, 36, 38 als auch mit dem kombinierten Lichtmischerleiter 46 bestrahlt werden. 4 shows a top view of the side of the cannula facing away from the sample of the same embodiment as 3 . Thus, a top view of the optical waveguides 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46 is shown, which in this embodiment are arranged parallel to one another. In this embodiment, not only source conductors 34, 36, 38 (first optical fiber 34, second optical fiber 36, third optical fiber 38) and analysis conductors 40, 42, 44 (fourth optical fiber 40, fifth optical fiber 42, sixth optical fiber 44) are provided, but in parallel the optical mixer conductor 46 is also guided in the optical waveguide package and in the breakage and bending protection 32 . In other words, the sample 100 (cf. 11 ) are irradiated both with individual light waveguides 34, 36, 38 and with the combined light mixer guide 46.

5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Kanüle. Auf der von der Probe 100 (vgl. 11) abgewandten Seite treten zum Beispiel die in 4 gezeigten Lichtwellenleiter 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46 (dargestellt sind die Lichtwellenleiter 36, 46, 44, die weiteren vier Lichtwellenleiter verbergen sich dahinter) in die Kanüle 20 ein. Die Lichtwellenleiter sind durch die ganze Kanüle 20 hindurchgeführt und enden an der Probenseite. Die Messspitze 24 ist in dieser Form angeschliffen, d.h. mit einem Schrägschliff versehen, um das Einstechen der Kanüle in die Probe 100 zu verbessern. 5 shows another embodiment of the cannula. On the sample 100 (cf. 11 ) facing away occur, for example, the in 4 optical waveguides 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46 shown (the optical waveguides 36, 46, 44 are shown, the other four optical waveguides are hidden behind them) into the cannula 20. The optical waveguides are routed through the entire cannula 20 and end on the sample side. In this form, the measuring tip 24 is ground, ie provided with a slanting grind, in order to improve the piercing of the cannula into the sample 100 .

Die Enden der Lichtwellenleiter bilden in der gezeigten Form einen Teil der Messspitze 24. Mit anderen Worten sind die Lichtwellenleiter 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46 an der Probenseite zusammen mit der Kanüle 20 so angeschliffen, dass sie die Messspitze 24 zusammen mit dem Rand der Kanüle 20 bilden und unmittelbaren Kontakt zu der Probe 100 haben, wenn die multispektrale Analysensonde 10 an die Probe 100 angestellt oder in die Probe 100 eingestochen ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass zwischen den Lichtwellenleitern und der Probe 100 keine weiteren Lichtoptischen Bauteile sind, die die Transmission beispielsweise durch Reflexion oder Brechung verschlechtern. In dieser Ausführungsform ist andererseits der Schliffwinkel von Bedeutung hinsichtlich des Ein- und Ausstrahlwinkels und des Kopplungsvermögens der lichtoptischen Pulse.In the form shown, the ends of the optical waveguides form part of the measuring tip 24. In other words, the optical waveguides 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46 on the sample side are ground together with the cannula 20 in such a way that they form the measuring tip 24 form together with the rim of the cannula 20 and have direct contact with the sample 100 when the multispectral analysis probe 10 is placed on the sample 100 or pierced the sample 100. This embodiment has the advantage that there are no other light-optical components between the optical waveguides and the sample 100 that impair the transmission, for example through reflection or refraction. In this embodiment, on the other hand, the grinding angle is important with regard to the incidence and emission angle and the coupling capability of the light-optical pulses.

6 zeigt noch eine weitere Ausführungsform der Kanüle 20 der multispektralen Analysensonde in einer Aufsicht. Die Lichtwellenleiter 34, 36, 38, 40, 42, 44 und 46 sind bis zur Probenseite der Kanüle 20 geführt und bilden dort die Messspitze 24 zusammen mit dem Rand der Messspitze 24. Die Messspitze ist angeschliffen, so dass das Einstechen in die Probe 100 erleichtert ist. 6 12 shows yet another embodiment of the cannula 20 of the multispectral analysis probe in a plan view. The optical waveguides 34, 36, 38, 40, 42, 44 and 46 are routed to the sample side of the cannula 20, where they form the measuring tip 24 together with the edge of the measuring tip 24. The measuring tip is ground so that piercing the sample 100 is relieved.

7 zeigt ein weiteres Beispiel für die Belegung der Lichtwellenleiter. Mittels des ersten Lichtwellenleiters 34 werde in diesem Beispiel erste Lichtpulse zu der Probe 100 (vgl. 11) geleitet, wobei die ersten Lichtpulse im ultravioletten Frequenzbereich (UV) strahlen. Der zweite Lichtwellenleiter 36 leitet zweite Lichtpulse zu der Probe 100, wobei die zweiten Lichtpulse Laserpulse sind. Der dritte Lichtwellenleiter 38 leitet dritte Lichtpulse zu der Probe 100, wobei die dritten Lichtpulse von einer breitbandigen, also insbesondere inkohärenten, Halogenlichtquelle 80 stammen. Der vierte 40, der fünfte 42, der sechste 44 sowie der siebte Lichtwellenleiter 48 leitet die Spektralantwort auf den jeweiligen Lichtpuls an ein oder mehrere Auswertesysteme 70 weiter. Beispielsweise kann der vierte Lichtwellenleiter 40 eine Spektralantwort im nahinfraroten Bereich (NIR) von der Probe 100 aufnehmen. Ferner beispielsweise kann der fünfte Lichtwellenleiter 42 eine Spektralantwort als „Ramanpuls“ von der Probe 100 aufnehmen (Beobachtung des sog. „Raman shift“). Weiter beispielsweise kann der sechste Lichtwellenleiter 44 eine Spektralantwort im visuellen Bereich (VIS) von der Probe 100 aufnehmen und an das zugewiesene Auswertesystem 70, 72 (vgl. 11) weiterleiten. Schließlich kann der siebte Lichtwellenleiter 48 beispielsweise eine Fluoreszenz-Spektralantwort von der Probe 100 aufnehmen. Auf die Bedeutung der einzelnen Messverfahren und der dafür interessante Frequenzbereiche wird noch im Weiteren eingegangen. 7 shows another example for the assignment of the optical fibers. In this example, the first light pulses are sent to the sample 100 by means of the first optical waveguide 34 (cf. 11 ) with the first light pulses radiating in the ultraviolet (UV) frequency range. The second optical fiber 36 directs second pulses of light to the sample 100, the second pulses of light being laser pulses. The third optical waveguide 38 conducts third light pulses to the sample 100, the third light pulses originating from a broadband, ie in particular incoherent, halogen light source 80. The fourth 40, the fifth 42, the sixth 44 and the seventh optical waveguide 48 forwards the spectral response to the respective light pulse to one or more evaluation systems 70. For example, the fourth optical fiber 40 may pick up a near-infrared (NIR) spectral response from the sample 100 . Furthermore, for example, the fifth optical waveguide 42 can record a spectral response as a “Raman pulse” from the sample 100 (observation of the so-called “Raman shift”). Furthermore, for example, the sixth optical waveguide 44 can pick up a spectral response in the visual range (VIS) from the sample 100 and transmit it to the assigned evaluation system 70, 72 (cf. 11 ) forward onto. Finally, the seventh optical waveguide 48 can record a fluorescence spectral response from the sample 100, for example. The importance of the individual measurement methods and the frequency ranges of interest for them will be discussed below.

Der besondere Vorteil der mit 7 gezeigten Anordnung ist, dass mit einem so kompakten Gerät wie der hier vorgestellten multispektralen Analysensonde gleich vier verschiedene Spektralantworten ausgewertet werden. Aufgrund des besseren beobachteten Signal-zu-Rauschverhältnisses der Spektralantworten werden dabei in dieser Ausführungsform einzelne Lichtwellenleiter der Verwendung des Lichtmischers 50 vorgezogen.The special advantage of using 7 The arrangement shown is that four different spectral responses can be evaluated with such a compact device as the multispectral analysis probe presented here. Because of the better observed signal-to-noise ratio of the spectral responses, individual optical waveguides are preferred to the use of the light mixer 50 in this embodiment.

8 zeigt noch eine weitere Möglichkeit der Belegung der Lichtwellenleiter. Symbolisch ist die Messspitze 24 dargestellt, an welcher die Lichtwellenleiter enden. 8th shows another way of assigning the optical fibers. The measuring tip 24, at which the optical waveguides end, is shown symbolically.

Der erste Lichtwellenleiter 34 ist in dieser Ausführungsform als Sendefaser 34 ausgeführt. Mit anderen Worten transportiert der erste Lichtwellenleiter 34 die Lichtpulse zu der Probe 100. Nicht dargestellt, aber bevorzugt eingesetzt, ist der Lichtmischer 50, mittels welchem die Strahlung verschiedenartiger Lichtquellen 80 in die Sendefaser 34 eingekoppelt werden kann.In this embodiment, the first optical waveguide 34 is designed as a transmission fiber 34 . In other words, the first optical waveguide 34 transports the light pulses to the sample 100. The light mixer 50, by means of which the radiation from different types of light sources 80 can be coupled into the transmission fiber 34, is not shown but is preferably used.

Die Spektralantwort verteilt sich in der Probe 100 auf den gesamten Raumwinkelbereich. Nur der Bruchteil der Spektralantwort, der vom Raumwinkelbereich des die Spektralantwort messenden Lichtwellenleiters überstrichen wird, kann zur Analyse der Probe 100 herangezogen werden. Daher sind in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der 8 je drei Lichtwellenleiter vorgesehen zur Aufnahme der Spektralantwort. Mit anderen Worten führen der zweite 36, der dritte 38 und der sechste Lichtwellenleiter 44 die Spektralantwort auf den ersten Lichtpuls von der Probe 100 weg und zu dem Auswertesystem 70, 72. In diesem Beispiel handelt es sich um Licht im visuellen Frequenzbereich (VIS). Der vierte 40, fünfte 42 und siebte Lichtwellenleiter 48 führen die Spektralantwort auf den zweiten Lichtpuls von der Probe 100 weg zu dem Auswertesystem 70. Hier handelt es sich um Licht im Nahinfrarotbereich (NIR).In the sample 100, the spectral response is distributed over the entire solid angle range. Only the fraction of the spectral response that is covered by the solid angle range of the optical waveguide measuring the spectral response can be used to analyze the sample 100 . Therefore, in the preferred embodiment, the 8th three fiber optic cables each provided for recording the spectral response. In other words, the second 36, the third 38 and the sixth optical waveguide 44 lead the spectral response to the first light pulse away from the sample 100 and to the evaluation system 70, 72. In this example it is light in the visual frequency range (VIS). The fourth 40, fifth 42 and seventh optical waveguide 48 carry the spectral response to the second light pulse away from the sample 100 to the evaluation system 70. This is light in the near infrared range (NIR).

9 zeigt einen beispielhaften Aufbau für einen Lichtmischer 50. In dem Beispiel werden eine Sendefaser 34 und eine Empfängerfaser 36 in die Lichtmischerleitung 45 eingekoppelt. In dem Lichtmischer 50 ist ein dichroic mirror oder Strahlteiler 52 angeordnet. Der Strahlenverlauf ist dann zunächst von oben aus der Sendefaser 34 in den Lichtmischer 50. An dem Übergang in den Lichtmischer 50 ist eine Sammellinse 54 eingesetzt, die in Kombination mit den weiteren Sammellinsen 54 die Transmission des Lichtmischers 50 verbesern kann. Den Pfeilen 56 folgend führ der Strahlenverlauf zu dem Strahlteiler 52, der den Lichtpuls in Richtung der Lichtmischerleitung 45 ablenkt, wo der Lichtpuls nach Durchlaufen der Lichtmischerleitung 45 in der Probe 100 landet. 9 shows an exemplary structure for a light mixer 50. In the example, a transmission fiber 34 and a receiver fiber 36 are coupled into the light mixer line 45. FIG. A dichroic mirror or beam splitter 52 is arranged in the light mixer 50 . The course of the rays is then initially from above out of the transmission fiber 34 into the light mixer 50. A converging lens 54 is inserted at the transition into the light mixer 50, which in combination with the further converging lenses 54 can improve the transmission of the light mixer 50. Following the arrows 56, the beam path leads to the beam splitter 52, which deflects the light pulse in the direction of the light mixer line 45, where the light pulse ends up in the sample 100 after passing through the light mixer line 45.

Die Spektralantwort koppelt von der Probe 100 in die Lichtmischerleitung 45 ein und wird, den Pfeilen 58 folgend, über die Sammellinse 54 in den Lichtmischer 50 eingekoppelt. Im Lichtmischer passiert die frequenzverschobene Spektralantwort den Strahlteiler 52 und wird in den zweiten Lichtwellenleiter 36 eingekoppelt, mittels welcher die Spektralantwort schließlich zum Auswertesystem 70, 72 geleitet wird.The spectral response couples from the sample 100 into the light mixer line 45 and is coupled into the light mixer 50 via the converging lens 54 following the arrows 58 . In the light mixer, the frequency-shifted spectral response passes through the beam splitter 52 and is coupled into the second optical waveguide 36, by means of which the spectral response is finally routed to the evaluation system 70, 72.

10 zeigt eine Ausführungsform des Lichtmischers 50. Der Lichtmischer 50 weist zylinderförmige Linsentubes 60 auf, in denen eine wie in 9 gezeigte Sammellinse 54 angeordnet ist. Der Strahlteiler 52 ist in dem quadratisch dargestellten Mittelteil des Lichtmischers 50 angeordnet. An den Linsentubes 60 sind Verbindungsmittel 62, insbesondere Schraubmittel wie beispielsweise für SMA-Steckverbinder, FC-Stecker oder SAM-Stecker, zum Anschluss der Lichtwellenleiter 30 angebracht. Ein verfahrbarer Linsentube 66 mit einem Linsentube-Einstellsystem 68 ermöglicht, mit dem Lichtmischer 50 verschiedenartige Frequenzbereiche und/oder verschiedenartige Spektralzusammensetzungen zu erfassen. 10 shows an embodiment of the light mixer 50. The light mixer 50 has cylindrical lens tubes 60, in which a as in 9 Converging lens 54 shown is arranged. The beam splitter 52 is arranged in the central part of the light mixer 50, which is shown square. Connection means 62, in particular screw means such as for example for SMA connectors, FC connectors or SAM connectors, are attached to the lens tubes 60 for connecting the optical waveguides 30. A movable lens tube 66 with a lens tube adjustment system 68 makes it possible to detect different types of frequency ranges and/or different types of spectral compositions with the light mixer 50 .

11 zeigt eine Übersicht über eine einfache Ausführungsform des Analysesystems 9 mit einer multispektralen Analysensonde 10. Eine oder mehrere Lichtquellen 80 bzw. Laser 80 können von einem Steuerungscomputer 72 zur Ausgabe von Lichtpulsen gesteuert werden. Die Lichtpulse der Lichtquelle(n) 80 werden über Lichtwellenleiter 30, beispielsweise über den ersten Lichtwellenleiter 34 und/oder den zweiten und dritten Lichtwellenleiter 36, 38, zu der multispektralen Analysensonde 10 und durch die Kanüle 20 zu der Probe 100 geleitet. Im gezeigten Fall handelt es sich um eine Gewebeprobe. Mit anderen Worten können mit der multispektralen Analysensonde 10 nichttherapeutische Messungen an extrakorporalen Proben 100, beispielsweise Biopsien, durchgeführt werden. Es können auch synthetische oder technische Proben 100 zum Zwecke der Forschung oder der Analyse von nicht-lebenden Materialien eingesetzt und analysiert werden. 11 shows an overview of a simple embodiment of the analysis system 9 with a multispectral analysis probe 10. One or more light sources 80 or lasers 80 can be controlled by a control computer 72 to output light pulses. The light pulses of the light source(s) 80 are transmitted via optical waveguide 30, for example via the first optical waveguide 34 and/or the second and third optical waveguides 36, 38, to the multispectral analysis probe 10 and through the cannula 20 to the sample 100. The case shown is a tissue sample. In other words, the multispectral analysis probe 10 can be used to carry out non-therapeutic measurements on extracorporeal samples 100, for example biopsies. Synthetic or engineered samples 100 may also be used and analyzed for research or analysis of non-living materials.

In Ansprechen auf den in die Probe 100 eingebrachten Lichtpuls entsteht eine, ggf. frequenzverschobene, Spektralantwort die abermals durch die Kanüle 20 der multispektralen Analysensonde 10 und über Lichtwellenleiter 30, beispielsweise den vierten Lichtwellenleiter 40 und/oder den fünften, sechsten und/oder siebten Lichtwellenleiter 42, 44, 48, an das Auswertesystem 70, hier ein Spektrometer 70, geleitet wird.In response to the light pulse introduced into the sample 100, a spectral response, possibly with a frequency shift, is produced, which again passes through the cannula 20 of the multispectral analysis probe 10 and via optical waveguide 30, for example the fourth optical waveguide 40 and/or the fifth, sixth and/or seventh optical waveguide 42, 44, 48 to the evaluation system 70, in this case a spectrometer 70.

Das Spektrometer 70 kann ggf. von dem Steuerungscomputer 72 gesteuert werden. Bevorzugt kann das mit dem Spektrometer 70 erhaltene Analyseergebnis am Steuerungscomputer 72 weiter ausgewertet werden.The spectrometer 70 can be controlled by the control computer 72 if necessary. The analysis result obtained with the spectrometer 70 can preferably be evaluated further on the control computer 72 .

12 zeigt die multispektrale Analysensonde 10 in einer bereits zu Probezwecken gebauten Form. Die Kanüle 20 ist an der Haltemuffe 22 befestigt. Die Lichtwellenleiter 30 sind durch die Bruch- und Biegesicherung 32, durch die Kanüle 20 bis zur Messspitze 24 geführt. 12 shows the multispectral analysis probe 10 in a form already built for test purposes. The cannula 20 is attached to the retaining sleeve 22 . The optical waveguides 30 are guided through the breakage and bending protection 32 , through the cannula 20 to the measuring tip 24 .

13 zeigt eine Ausführungsform einer Analysensondenhalterung 12, in die die multispektrale Analysensonde 10 eingesetzt ist. Die Sondenhalterung 12 weist eine Lagerung 14 der Analysensondenhalterung auf, in der Ausführungsform ein Zapfen 14, mittels der die Sondenhalterung 12 in einer Ausnehmung drehbar gelagert werden kann. Dies ermöglicht, die multispektrale Analysensonde 10 in verschiedenen Winkeln einzusetzen. Die Sondenhalterung 12 weist ferner ein Linearsystem 16 auf, an der die Analysensonde 10 linearverschieblich angebracht ist. Mit anderen Worten kann das Linearsystem 16 die Analysensonde 10 per Einstellung an dem Linearsystem, bevorzugt automatisiert mittels des Steuerungscomputers 72, an die Probe 100 ansetzen. Weiter bevorzugt ermöglicht das Linearsystem 16 mehrere Messpunkte in unterschiedlichen Tiefen in der Probe 100 aufzunehmen, indem die Probe schrittweise in die Probe 100 eingeschoben wird und in zeitlichen Abständen, korreliert zu dem Vorschub des Linearsystems 16, Lichtpulse an die Probe 100 abgegeben werden. 13 shows an embodiment of an analysis probe holder 12, in which the multispectral analysis probe 10 is used. The probe holder 12 has a bearing 14 for the analysis probe holder, in the embodiment a pin 14, by means of which the probe holder 12 can be rotatably mounted in a recess. This allows the multispectral analysis probe 10 to be used at different angles. The probe holder 12 also has a linear system 16 to which the analysis probe 10 is attached in a linearly displaceable manner. In other words, the linear system 16 can attach the analytical probe 10 to the sample 100 by adjusting the linear system, preferably automatically by means of the control computer 72 . More preferably, the linear system 16 enables several measurement points to be recorded at different depths in the sample 100 by the sample being pushed into the sample 100 step by step and light pulses being emitted to the sample 100 at time intervals, correlated to the advance of the linear system 16.

Die Haltemuffe 22 ist in die Sondenaufnahme 18 der Sondenhalterung 12 eingeschoben und kann dort ggf. fixiert werden, beispielsweise über eine Verrastung oder eine Klemmverschraubung 17.The retaining sleeve 22 is pushed into the probe receptacle 18 of the probe holder 12 and can be fixed there if necessary, for example by means of a catch or a screw clamp 17.

14 zeigt eine weitere Ansicht der Sondenhalterung 12 mit eingesetzter multispektraler Analysensonde 10. Die Sonde 10 ist mittels der Klemmverschraubung 17 in der Sondenaufnahme 18 fixiert. Die Lichtwellenleiter 30 liegen zum Anschluss an die jeweilige Quelle 80 oder das Auswertesystem 70 bereit. 14 shows another view of the probe holder 12 with the multispectral analysis probe 10 inserted. The probe 10 is fixed in the probe receptacle 18 by means of the screw clamp 17 . The optical waveguides 30 are ready for connection to the respective source 80 or the evaluation system 70 .

15 zeigt beispielhaft Intensitätsverläufe, die erhalten werden, wenn die Probe 100 mit einer bestimmten Frequenz angeregt wird. Beispielsweise hat sich im Verlauf der Erfindung eine Anregungsfrequenz von 360 nm (gestrichelte Linie) als vorteilhaft erwiesen. Bei dieser Frequenz konnte für das besonders interessante NADH eine befriedigende Spektralantwort erhalten werden. 15 FIG. 12 shows an example of intensity curves that are obtained when the sample 100 is excited at a specific frequency. For example, an excitation frequency of 360 nm (dashed line) has proven to be advantageous in the course of the invention. At this frequency, a satisfactory spectral response could be obtained for the particularly interesting NADH.

16 zeigt korrespondierend hierzu Fluoreszenzemissionsspektren. Es zeigt sich, dass beispielsweise die Spektralantwort zur Auswertung von NADH bei 460 nm zu erwarten ist. 16 shows corresponding fluorescence emission spectra. It turns out that, for example, the spectral response for the evaluation of NADH is to be expected at 460 nm.

Aufgrund des am Universitätsklinikum Mannheim und am Institut für Prozessmesstechnik und innovative Energiesysteme vorhandenen Know-hows konnte ein „Low-cost-Sensor“ entwickelt werden. Im Bereich der Diagnostik zeigte sich beispielsweise in verschiedenen, die vorliegende Erfindung begründenden Studien der beiden Institute die MIR-Spektroskopie bei der In-vivo-Krebsdiagnostik Stärken, welche voraussichtlich auch in den Bereichen Arteriosklerose, Leukämie, der Erkennung von Gehirntumoren, Arthritis, BSE und Diabetes eingesetzt werden können.Due to the know-how available at the University Hospital Mannheim and the Institute for Process Measurement Technology and Innovative Energy Systems, a "low-cost sensor" could be developed. In the field of diagnostics, for example, in various studies by the two institutes on which the present invention is based, MIR spectroscopy has shown strengths in in-vivo cancer diagnostics, which are expected to also be used in the areas of arteriosclerosis, leukemia, the detection of brain tumors, arthritis, BSE and Diabetes can be used.

Es wurden dabei zum einen Fluoreszenz-Messungen mit einer Anregungslichtquelle von 365nm eingesetzt. Die erwartete Eigenfluoreszenz wird bei 450nm erwartet, womit sich insbesondere NADH im Gewebe nachweisen lassen kann. NADH ist ein Oxidationsmittel des Körpers welches sowohl in gesundem als auch in tumorösen Gewebe vorhanden sein sollte. In vorteilhafter Weise kann die Auswertung der Messdaten ohne weitere Vorbehandlung oder Rechenschritte erfolgen, da bei einer Fluoreszenzmessung direkt die erzeugten Energiespektren für die Auswertung verwendet werden können.On the one hand, fluorescence measurements with an excitation light source of 365 nm were used. The expected intrinsic fluorescence is expected at 450nm, with which NADH in particular can be detected in the tissue. NADH is an oxidizing agent in the body that should be present in both healthy and tumorous tissue. Advantageously, the measurement data can be evaluated without further pretreatment or calculation steps, since the energy spectra generated can be used directly for the evaluation in the case of a fluorescence measurement.

Im Tiermodell (am Beispiel einer Maus) konnte die Wellenlänge 800 nm (isosbestischer Punkt Hämoglobin) zur Erkennung von Tumoren 100 fester Konsistenz in erfolgsversprechender Weise eingesetzt werden. Der isosbestische Punkt beschreibt eine Wellenlänge in einem System, in dem eine Reaktion stattfindet, aber sich die Lichtabsorption nicht ändert. In diesem Fall die Änderung des Verhältnisses von Desoxyhämoglobin und Oxyhämoglobin. Da Hämoglobin ein starker Absorber im Nahinfraroten (NIR) ist, wird dieses als Maß für die Durchblutung angenommen. Je höher die Konzentration, desto höher die Durchblutung des Gewebes. In der Fluoreszenztechnik kristallisierten sich die Parameter Collagen und NAD(P)H als Marker heraus.In an animal model (using a mouse as an example), the wavelength of 800 nm (isosbestic point hemoglobin) could be used in a promising manner to detect tumors of 100 solid consistency. The isosbestic point describes a wavelength in a system in which a reaction takes place, but the light is declining sorption does not change. In this case, changing the ratio of deoxyhemoglobin and oxyhemoglobin. Since hemoglobin is a strong absorber in the near infrared (NIR), this is taken as a measure of blood flow. The higher the concentration, the higher the blood flow through the tissue. In the fluorescence technique, the parameters collagen and NAD(P)H emerged as markers.

Das vorgestellte Messsystem 9, das tumoröses von gesundem Gewebe 100 anhand der Spektren der Gewebeproben 100 zu unterscheiden vermag, wird ständig weiterentwickelt, so dass auf eine aufwändige und meist kostspielige pathologische Befundung ggf. in Zukunft verzichtet werden kann. Dies bedeutet im Falle eines eventuellen späteren Einsatzes im Gesundheitsmarkt eine effektive Senkung der Krankenhauskosten und der damit verbundenen Therapie- und Laborkosten. Die mit dem Messsystem gewonnenen Erkenntnisse sollen herangezogen werden können, ein qualitativ hochwertiges Krebsdiagnosetool für den Klinikeinsatz stetig weiterzuentwickeln, zu zertifizieren und auch marktfähig zu machen.The measurement system 9 presented, which is able to distinguish tumorous from healthy tissue 100 based on the spectra of the tissue samples 100, is constantly being further developed, so that a complex and usually expensive pathological diagnosis can possibly be dispensed with in the future. In the event of a possible later use in the healthcare market, this means an effective reduction in hospital costs and the associated therapy and laboratory costs. The knowledge gained with the measuring system should be able to be used to continuously develop, certify and also make marketable a high-quality cancer diagnostic tool for clinical use.

Zunächst soll kurz umrissen werden, wie tumoröses Gewebe beispielsweise mittels spektroskopischer Untersuchungen erkannt werden kann. Zum einen konnte festgestellt werden, dass sich tumoröses Gewebe 100 durch eine höhere Proliferation (Zellteilung) und einen gesteigerten Stoffwechsel auszeichnet. Diese Gewebeeigenschaften lassen sich messtechnisch erfassen. Zur Lokalisation von tumorösem Gewebe sind jedoch klassische Tumormarker, wie sie in Blut eingesetzt werden, unbrauchbar (ggf. mit Ausnahme von PSA). Ziel dieses Verbundprojektes ist es insgesamt, das multispektrale, insbesondere faseroptische, Messsystem 10 aufzubauen und weiterzuentwickeln, welches Rückschlüsse auf den Gewebezustand zulässt und so tumoröses Gewebe 100 lokalisiert.First, it should be briefly outlined how tumorous tissue can be detected, for example, by means of spectroscopic examinations. On the one hand, it was found that tumorous tissue 100 is characterized by a higher proliferation (cell division) and an increased metabolism. These tissue properties can be recorded by measurement. However, classic tumor markers, such as those used in blood, are useless for the localization of tumorous tissue (possibly with the exception of PSA). Overall, the aim of this joint project is to set up and further develop the multispectral, in particular fiber-optic, measuring system 10 which allows conclusions to be drawn about the tissue condition and thus localizes tumorous tissue 100 .

In einem Beispiel werden die Spektroskopietechniken NIR (Nahinfrarot), VIS (visuell), Fluoreszenz und Raman faseroptisch in einer Sonde 10 oder Stichsensor 10 vereint. Den Informationen aus den optischen Messungen entnimmt man aussagekräftige Wellenlängen/Wellenlängenbereiche und führt diese in einem Auswertealgorithmus zusammen, der in eine Software mit Benutzeroberfläche implementiert ist und auf einem konventionellen PC 72 oder Tablet installiert wird.In one example, NIR (near infrared), VIS (visual), fluorescence and Raman spectroscopy techniques are combined in a fiber optic probe 10 or puncture sensor 10 . Meaningful wavelengths/wavelength ranges are taken from the information from the optical measurements and combined in an evaluation algorithm that is implemented in software with a user interface and is installed on a conventional PC 72 or tablet.

Zusätzlich zur Biopsienadel 20 wird der Stichsensor mit Lichtwellenleitern 30 auf Saphirfaserbasis und mit direkt aufgesetzter Elektronik zur Erlangung kurzer Faserwege eingesetzt. Eine MIR-in-vivo-Messung ist damit erstmalig ermöglicht. Durch die neuartige Sensorik mit zugehöriger Software sind eine Vorabdiagnose im Körper und/oder eine gezielte Biopsie möglich. Mit diesem Messequipment 9 ist erstmals eine simultane in-vivo-Messung des Gewebestoffwechsels, dessen Zusammensetzung sowie pH-Wert, Wassergehaltes und O2-Sättigung detektierbar und steht der Auswertung offen. Die Anzahl von Biopsaten an unterschiedlichen Stellen könnte zukünftig reduziert werden und somit die Kosten auf der Diagnoseseite erheblich gesenkt werden. Je nach Leistungsfähigkeit des Systems wird der Verzicht auf eine Biopsie angestrebt. Das System wird in der Lage sein Blutgefäße zu erkennen und dem behandelnden Arzt als Frühwarnsystem zur Verfügung zu stehen, wodurch unvorhergesehene Blutungen verhindert werden können.In addition to the biopsy needle 20, the prick sensor with optical waveguides 30 based on sapphire fibers and with directly attached electronics is used to achieve short fiber paths. A MIR-in-vivo-measurement is thus possible for the first time. The innovative sensor technology with the associated software enables a preliminary diagnosis in the body and/or a targeted biopsy. With this measuring equipment 9, a simultaneous in-vivo measurement of the tissue metabolism, its composition as well as the pH value, water content and O 2 saturation can be detected for the first time and is open to evaluation. The number of biopsies at different locations could be reduced in the future and thus the costs on the diagnostic side could be significantly reduced. Depending on the performance of the system, the aim is to avoid a biopsy. The system will be able to recognize blood vessels and be available to the attending physician as an early warning system, which can prevent unforeseen bleeding.

Sobald das Analysesystem 9 hinsichtlich des Zertifizierungsverfahrens dahingehend weiterentwickelt, insbesondere zugelassen, ist, Diagnose und photodynamische Therapie (PDT) zu vereinen, beschränken sich Biopsie und Therapie auf lediglich nur noch einen Eingriff.As soon as the analysis system 9 has been further developed, in particular approved, with regard to the certification process to combine diagnosis and photodynamic therapy (PDT), biopsy and therapy are limited to just one intervention.

Unter der PDT versteht man ein Behandlungsverfahren zur Behandlung von Tumoren und anderen Gewebeveränderungen. Hierbei wird durch Licht einer bestimmten Wellenlänge die lichtaktivierbare Substanz (Photosensibilisator) angeregt. Es entstehen toxische Substanzen, die den Tumor bzw. das Gewebe schädigen. Auch das Einbringen von sogenannten Seeds über die Biopsienadel ist möglich (Therapie bei Prostatakarzinomen). Bei Seeds handelt es sich um einige Millimeter große, radioaktive Metallstifte. Diese werden in das tumoröse Gewebe verbleibend injiziert und zerstören das umliegende Gewebe. Dies führt zwangsläufig zu geringeren Operationszeiten und kürzeren Liegedauern der Patienten. Dies bedeutet eine effektive Senkung der Krankenhauskosten und eine zielgerichtete Therapie.PDT is a treatment method for treating tumors and other tissue changes. Here, the light-activatable substance (photosensitizer) is stimulated by light of a specific wavelength. Toxic substances are formed that damage the tumor or tissue. The introduction of so-called seeds via the biopsy needle is also possible (therapy for prostate carcinoma). Seeds are radioactive metal pins a few millimeters in size. These are injected into the tumorous tissue and destroy the surrounding tissue. This inevitably leads to shorter operation times and shorter patient stays. This means an effective reduction in hospital costs and targeted therapy.

Da dieses innovative Konzept auch zur Unterscheidung von fibrösem (entzündetem) Gewebe 100 aber auch auf Gewebe mit erhöhtem Fettanteil hochempfindlich reagiert, sind zwei weitere Einsatzfelder denkbar: Fettleberdiagnose sowie Erkennen des aktuellen Leberzustandes im Verlauf einer chronischen Hepatitis.Since this innovative concept reacts highly sensitively to differentiate between fibrous (inflamed) tissue 100 and tissue with an increased proportion of fat, two additional fields of application are conceivable: diagnosis of fatty liver and recognition of the current liver status in the course of chronic hepatitis.

Auch für die Grundlagenforschung ist die vorgestellte multispektrale Analysensonde 10 von Interesse. In die Nähe von tumorösem Gewebe platziert lassen sich insbesondere Rückschlüsse auf die Wirksamkeit bzw. den Einfluss einer Chemotherapie auf den lokalen Metabolismus ermitteln. Direkte Einflüsse des Medikamentes auf den Zellstoffwechsel während der Therapie werden sichtbar.The presented multispectral analysis probe 10 is also of interest for basic research. Placed in the vicinity of tumorous tissue, conclusions can be drawn about the effectiveness or the influence of chemotherapy on the local metabolism. Direct influences of the drug on the cell metabolism during therapy become visible.

Ein wichtiger Teil der Messapparatur ist die Sonde 10, für die im Folgenden ein möglicher bevorzugter Materialaufbau mit jeweiligen Bezugsquellen angegeben ist. Als Lichtwellenleiter können 7x1,40m Glasfasern mit jeweils 200 µm Coredurchmesser beispielsweise der Fa. Edmund Optics GmbH eingesetzt werden. Die Fasern werden beispielsweise durch eine Standardkanüle (1,1x50mm Sterican 19G der Fa.B.Braun Melsungen AG) geführt und enden bündig mit deren Spitze. Zudem sind an allen sieben Glasfasern Stecker (Multimode SMA905 Connector für 200pm-Fasern) der Fa.Thorlabs GmbH in vorteilhafter Weise angebracht. Ddie Fasern selbst werden durch sieben Schutzschläuche (FT038-BK) der Fa.Thorlabs GmbH von der Umgebung geschützt, da Glasfasern sehr empfindlich auf äußere Kräfte reagieren.An important part of the measuring apparatus is the probe 10, for which a possible preferred material structure with the respective reference sources is given below. 7x1.40m glass fibers with a core diameter of 200 µm each, for example from Edmund Optics GmbH, can be used as optical waveguides. The fibers are guided, for example, through a standard cannula (1.1×50 mm Sterican 19G from B.Braun Melsungen AG) and end flush with the tip. In addition, connectors (multimode SMA905 connector for 200pm fibers) from Thorlabs GmbH are advantageously attached to all seven glass fibers. The fibers themselves are protected from the environment by seven protective sleeves (FT038-BK) from Thorlabs GmbH, since glass fibers are very sensitive to external forces.

Durch den niedrigeren Brechungsindex des innenliegenden Faserkerns gegenüber dem Mantel tritt Totalreflexion in der Faser auf und eine Leitung von Wellen bzw. Signalen durch die Faser ist möglich (allgemein für Lichtwellenleiter).Due to the lower refractive index of the inner fiber core compared to the cladding, total reflection occurs in the fiber and it is possible for waves or signals to be conducted through the fiber (general for optical waveguides).

Um Einstiche auch unter verschiedenen Winkeln zu ermöglichen, wird die Sonde 10 an der Sondenhalterung 12 befestigt. Ein Alu-Rundmaterial 14 wurde auf Maß geschnitten und als Lagerung 14 der Sondenhalterung mittig an die Befestigungsstelle der Spindel montiert. Die mittige Position wählt man deshalb, um die Hebelwirkung möglichst klein halten zu können. Das Rundmaterial kann somit sogar in einfacher Weise mit der Laborklemme an das Laborstativ befestigt werden.The probe 10 is attached to the probe holder 12 in order to enable punctures at different angles. A round aluminum material 14 was cut to size and mounted as a bearing 14 for the probe holder in the center of the spindle attachment point. The central position is therefore chosen in order to be able to keep the leverage as small as possible. The round material can thus be easily attached to the laboratory stand with the laboratory clamp.

Um verschiedene Einstichtiefen im selben Stichkanal in der Probe 100 ermöglichen zu können ist es eine Möglichkeit, die Sonde 10/Kanüle 20 an ein Linearsystem 16 zu koppeln um dann stufenweise möglichst genau ins Gewebe 100 eindringen zu können. Gewählt wurde bspw. im Fall der 13 ein Linearsystem der Fa. Spindler & Hoyer (heute Fa. QOptics) woran die Sonde 10 befestigt und adaptiert wird.In order to be able to allow different puncture depths in the same puncture channel in the sample 100, one possibility is to couple the probe 10/cannula 20 to a linear system 16 in order then to be able to penetrate the tissue 100 step by step as precisely as possible. For example, in the case of the 13 a linear system from Spindler & Hoyer (now QOptics) to which the probe 10 is attached and adapted.

Zum Befestigen der Sonde 10 an die Spindel 16 wird eine Aluschiene 18 auf Maß gesägt in der man mit einer feststellbaren Schraube 17 die Sonde 10 mittig fixieren kann. Die Wahl des Materials Aluminium ist kostengünstig und erlaubt eine einfache Bearbeitung und Handhabung.To attach the probe 10 to the spindle 16, an aluminum rail 18 is sawn to size, in which the probe 10 can be fixed in the middle with a lockable screw 17. The choice of aluminum is cost-effective and allows for easy processing and handling.

14 zeigt den Aufbau des Messsystems 9 der Hochschule. Hierbei sind alle benötigten Messgeräte 70 aufgebaut und mit der Sonde 10 über die Lichtwellenleiter 30 miteinander verbunden. Zudem ist die Eigenbausonde dargestellt, die am Linearsystem 16 adaptiert und an einem Laborstativ befestigt wird, um dann in die Gewebeprobe 100 einstechen zu können. Die gemessenen Werte werden anschließend im Messrechner 70 in brauchbare Informationen umgewandelt. 14 shows the structure of the measuring system 9 of the university. In this case, all the required measuring devices 70 are set up and connected to one another with the probe 10 via the optical waveguide 30 . In addition, the home-made probe is shown, which is adapted to the linear system 16 and attached to a laboratory stand so that it can then pierce the tissue sample 100 . The measured values are then converted into usable information in the measuring computer 70 .

Die Eigenbausonde 10, die in dieser Ausführung sieben Lichtwellenleiter 30 umfasst, wird ins Gewebe eingestochen, wobei zunächst ermittelt werden kann, welcher Lichtwellenleiter (bei gewählter mittlerer Sendefaser) den besten Messwert liefert. Da alle Ergebnisse unmittelbar aneinander liegen, kann man mit jeder Faser typischerweise ein gutes Messsignal erzielen.The home-made probe 10, which in this embodiment comprises seven optical fibers 30, is inserted into the tissue, and it can first be determined which optical fiber (if the central transmission fiber is selected) supplies the best measured value. Since all results are directly related to each other, a good measurement signal can typically be achieved with each fiber.

Einzelne Gewebearten unterscheiden sich ggf. in ihrer Zusammensetzung und ihren optischen Eigenschaften. Daher war es im Rahmen von Voruntersuchungen wichtig, ein möglichst breites Spektrum abzudecken und die Messparameter festzulegen.
Untersucht werden mehrere Gewebearten (Muskel, Leber, Fett, Gehirn) und deren Remission und Extinktion ermittelt.
Verschiedene Messpunkte liefern unterschiedliche Abweichungen, da das Gewebe 100 einen lokal unterschiedlichen Gewebeaufbau/Zusammensetzung besitzt.
Individual types of fabric may differ in their composition and optical properties. It was therefore important in the context of preliminary investigations to cover as broad a spectrum as possible and to define the measurement parameters.
Several tissue types (muscle, liver, fat, brain) are examined and their remission and extinction determined.
Different measuring points provide different deviations since the tissue 100 has a locally different tissue structure/composition.

Gemessen wird nun zunächst im VIS-Bereich. Zu Zwecken der Einstellung und Systemdiagnose wird die volle Bandbreite der Wellenlängen genutzt (soweit das System, bestehend aus Siliziumdetektoren (ca. 300-1100nm), das ermöglicht) um pro Messung einen möglichst großen spektralen Bereich abzudecken. Danach folgen Messungen im NIR-Bereich. Alle Messungen werden mit der gleichen Sonde durchgeführt mit der mittleren Faser als Sendefaser. Zu Einstell- und Systemdiagnosezwecken wird die Zuordnung des Empfänger-/Detektoreingangs zu den Fasern 1-6 VIS-NIR gewechselt (nach vorhergehender Prüfung liefern alle Fasern ähnliche Messwerte). Zudem muss bei der VIS-Messung beachtet werden, dass eine lichtundurchlässige Schutzhülle die Apparatur umhüllt, um Licht der Umgebung abzuhalten und somit Fremdlicht als Fehler auszuklammern. Bei den NIR-Messungen ist dies nicht der Fall, da das Spektrum dort jenseits des sichtbaren Lichts liegt, dennoch wird auch hierbei die Apparatur von einem dunklen Stoff umschlossen.Measurements are now initially made in the VIS range. For the purposes of adjustment and system diagnosis, the full range of wavelengths is used (as far as the system, consisting of silicon detectors (approx. 300-1100nm), allows) in order to cover the largest possible spectral range per measurement. This is followed by measurements in the NIR range. All measurements are performed with the same probe with the middle fiber as the transmit fiber. The assignment of the receiver/detector input to fibers 1-6 VIS-NIR is changed for adjustment and system diagnosis purposes (after a previous check, all fibers deliver similar measured values). In addition, with the VIS measurement, it must be noted that an opaque protective cover encloses the apparatus in order to keep out ambient light and thus exclude extraneous light as a fault. This is not the case with the NIR measurements, since the spectrum there lies beyond visible light, but the apparatus is also surrounded by a dark material.

Vor Beginn der Messungen am Gewebe wird zuerst ein Referenzspektrum ermittelt, indem ein Weißstandard (bspw. von der Fa. HoffmanSphereOptics erhältlich) in einem 4mm Abstand zur Kanüle gemessen wird (Referenz). Dieser Abstand wurde durch diverse Versuche so ermittelt, dass die Integrationszeit und damit das Messsignal im späteren Gewebe ausreichend hoch ist. Danach folgt die Dunkelmessung indem man am Empfängereingang eine schwarze Kappe bzw. eine Metallkappe (bspw. eine Hutmutter aus Messing) über den SMA Eingang des Detektors anschraubt.Before starting the measurements on the tissue, a reference spectrum is first determined by measuring a white standard (e.g. available from HoffmanSphereOptics) at a distance of 4 mm from the cannula (reference). This distance was determined by various tests in such a way that the integration time and thus the measurement signal in the later tissue is sufficiently high. This is followed by the dark measurement by screwing a black cap or a metal cap (e.g. a brass cap nut) over the SMA input of the detector at the receiver input.

Beim eigentlichen Messvorgang wird die Apparatur 9 an einem Ständer befestigt um das Linearsystem 16 nutzen zu können. Hierbei werden nun die verschiedene Gewebeproben 100 unter die Apparatur 9 gelegt um dann mit der Messsonde 10 vorsichtig hineinstechen zu können. Jedes Gewebe 100 wird nun drei Mal an verschiedenen Messpunkten gemessen und dann zur weiteren Analyse der Mittelwert dieser verschiedenen Einstiche berechnet. Nun lassen sich anhand der Referenzen (Weißstandard) die Remission und daraus die Extinktion ermitteln und als Diagramme visuell darstellen. Bspw. lässt sich hierdurch erkennen, ob sich die Kurven größtenteils überlagern, oder ob es Abweichungen gibt, die insbesondere auf eine verschiedene Zusammensetzung des Gewebes an den verschiedenen Einstichstellen bzw. Messpunkten zurückzuführen sind.During the actual measurement process, the apparatus 9 is attached to a stand so that the linear system 16 can be used. Here, the various tissue samples 100 are now placed under the apparatus 9 in order to then be able to carefully pierce them with the measuring probe 10 . Each tissue 100 is now measured three times at different measuring points and then the mean value of these different punctures is calculated for further analysis. Now, based on the references (white standard), the remission and from it the extinction can be determined and displayed visually as diagrams. For example, it can be seen in this way whether the curves are largely superimposed or whether there are deviations that can be attributed in particular to a different composition of the tissue at the different puncture sites or measurement points.

Bei der Fluoreszenzmessung wird das zu untersuchende Gewebe mit einer Wellenlänge von 365nm bestrahlt bzw. angeregt (NADH), sodass das Gewebe bei 450nm eine Eigenfluoreszenz aufweist. Diese kann man anhand des Verlaufes und der Höhe des Peaks deuten. Da die gemessenen Proben vom Metzger stammen und keine Stoffwechselaktivität mehr aufweisen sind die Ausschläge aber wie erwartet sehr niedrig. Stoffwechselprodukte (insbesondere NADH) sind weitestgehend abgebaut. Allerdings lässt sich erkennen dass Leber anscheinend am besten absorbiert. Hauptabsorber im Gewebe sind Hämoglobin und WasserIn the fluorescence measurement, the tissue to be examined is irradiated or excited (NADH) with a wavelength of 365 nm, so that the tissue has an intrinsic fluorescence at 450 nm. This can be interpreted based on the course and the height of the peak. Since the measured samples come from the butcher and no longer show any metabolic activity, the deflections are very low, as expected. Metabolism products (particularly NADH) are largely degraded. However, it can be seen that liver appears to be the best absorber. The main absorbers in tissue are hemoglobin and water

Bei der UV-Lichtquelle 80 handelt es sich wie bei der multispektralen Analysensonde 10 um einen Eigenbau mit einer UV-Leuchtiode mit einer Emissionsfrequenz von 365 nm. Die beiden Spektrometer 70 sind von der Fa. Zeiss. Zum einen der Zeiss VIS/NIR-Spektrometer (MCS621/MCS611) der die NIR- und VIS-Messungen detektiert und zum anderen einen Zeiss CCD/UV-NIR-Spektrometer zur Fluoreszenzemissionsmessung. Die Fremdlichtunterdrückung wird mit einem einfachen Tuch realisiert, welches die Gewebeprobe umhüllt um somit Fremdlichtquellen, die ggf. die Messung stören können, abzuhalten.Like the multispectral analysis probe 10, the UV light source 80 is a self-construction with a UV light-emitting diode with an emission frequency of 365 nm. The two spectrometers 70 are from Zeiss. On the one hand the Zeiss VIS/NIR spectrometer (MCS621/MCS611) which detects the NIR and VIS measurements and on the other hand a Zeiss CCD/UV-NIR spectrometer for fluorescence emission measurement. The suppression of extraneous light is realized with a simple cloth that envelops the tissue sample in order to keep out extraneous light sources that may interfere with the measurement.

Als Funktionsparameter wurden beispielsweise eingesetzt: VIS-Lichtpuls, Zeitdauer 300 ms, Akkumulation 50; NIR-Lichtpuls, Zeitdauer 200 ms, Akkumulation 50; Fluoreszenzzeit 6500 ms, Akkumulation 10.For example, the following function parameters were used: VIS light pulse, duration 300 ms, accumulation 50; NIR light pulse, duration 200 ms, accumulation 50; Fluorescence time 6500 ms, accumulation 10.

Zu Test- und Versuchszwecken zur Evaluation des vorgestellten Analysesystems 9 kann ein Versuchstier, beispielsweise eine Maus, eingesetzt werden. B16-Melanomzellen, die bekannt für starkes Streuen und Bildung von Metastasen sind, können subkutan gespritzt werden, d.h. das Melanom sollte sich unmittelbar unter der Haut befinden. Das maligne Melanom, eine Neoplasie (Gewebeneubildung) aus entarteten Melanozyten (Pigmentzellen der Haut), zählt zu den bösartigsten Tumoren der Haut und Schleimhäute. Melanomzellen sind demnach Hautkrebszellen die direkt unter die Hautoberfläche platziert werden. Als Referenzgewebe dienen für unsere Messungen Muskelgewebe (Hinterbein) sowie subkutanes Gewebe desselben Versuchstieres.
Die Position des subkutanen Tumors wird zunächst in einer stabilen seitlichen Lage auf einer Basisplatte fixiert und angestochen. Hierbei werden Spektren direkt im Zentrum des Tumors, als auch 1 mm aus der Mitte heraus ermittelt. Anschließend werden Spektren der Referenzgewebe unter gleichen Messbedingungen aufgenommen. Hierzu diente beispielsweise Muskelgewebe am Hinterbein und subkutanes Gewebe.
A test animal, for example a mouse, can be used for test and experimental purposes for evaluating the analysis system 9 presented. B16 melanoma cells, which are known to spread and metastasize widely, can be injected subcutaneously, meaning the melanoma should be just under the skin. Malignant melanoma, a neoplasm (new tissue) from degenerated melanocytes (pigment cells of the skin), is one of the most malignant tumors of the skin and mucous membranes. Melanoma cells are therefore skin cancer cells that are placed directly under the skin's surface. Muscle tissue (hind leg) and subcutaneous tissue from the same test animal serve as reference tissue for our measurements.
The position of the subcutaneous tumor is first fixed in a stable lateral position on a base plate and punctured. Here, spectra are determined directly in the center of the tumor as well as 1 mm from the center. Subsequently, spectra of the reference tissues are recorded under the same measurement conditions. Muscle tissue on the hind leg and subcutaneous tissue were used for this purpose, for example.

Im zu untersuchendem Gewebe kommen beide Formen des Hämoglobins vor. Die Spektren von Oxy- und Desoxyhämoglobin können sich überlagern. Aus den Spektren der verschiedenen Gewebe lassen sich beispielsweie die folgenden zwei Schlüsse ziehen: Zum ersten wie stark das jeweilige Gewebe durchblutet wird und zum zweiten wie hoch die Sauerstoffsättigung des jeweiligen Gewebes ist.Both forms of hemoglobin occur in the tissue to be examined. The spectra of oxy- and deoxyhemoglobin can overlap. For example, the following two conclusions can be drawn from the spectra of the various tissues: Firstly, how strongly the respective tissue is supplied with blood and secondly, how high the oxygen saturation of the respective tissue is.

Eine Aussage über die Durchblutung lässt sich ganz einfach über die Peakhöhe treffen. In diesem Fall wird Muskelgewebe am stärksten, und subkutanes Gewebe am schwächsten durchblutet, was auch bereits an der roten Färbung des Muskelgewebes visuell wahrgenommen werden kann. Im Gegensatz dazu ist subkutanes Gewebe eher durchsichtig, geleeartig. Das tumoröse Gewebe 100 nimmt hierbei eine Mittelposition an beiden untersuchten Stellen ein.A statement about the blood flow can easily be made from the peak height. In this case, muscle tissue is supplied with blood the most, and subcutaneous tissue the weakest, which can already be seen visually from the red coloring of the muscle tissue. In contrast, subcutaneous tissue is more translucent, jelly-like. Here, the tumorous tissue 100 assumes a middle position at both examined locations.

Die lokale Sauerstoffsättigung des Gewebes lässt sich aufgrund der Eigenschaften von Oxy- und Desoxyhämoglobin im Peak bei ca. 560 nm bestimmen. Oxyhämoglobin besitzt hier zwei Maxima, während Desoxyhämoglobin ein Maximum genau zwischen den beiden Maxima des Oxyhämoglobins aufweist. Durch die Peakform kann man qualitative Aussagen über die lokale Sauerstoffsättigung des Gewebes treffen. Die Sauerstoffsättigung ist im tumorösen Gewebe im Vergleich zu Muskel- und subkutanem Gewebe deutlich erniedrigt.The local oxygen saturation of the tissue can be determined based on the properties of oxy- and deoxyhemoglobin in the peak at approx. 560 nm. Oxyhemoglobin has two maxima here, while deoxyhemoglobin has a maximum exactly between the two maxima of oxyhemoglobin. The peak shape allows qualitative statements to be made about the local oxygen saturation of the tissue. Oxygen saturation in tumorous tissue is significantly lower than in muscle and subcutaneous tissue.

Durch die Entwicklung eines mathematischen Algorithmusses können Absolutwerte der Sättigung im Nachhinein aus den Spektren berechnet werden. Je ausgeprägter die zwei Maxima des Sattels sind umso besser Sauerstoffgesättigt ist das Hämoglobin. Bei hoher Sauerstoffsättigung in Muskulatur bzw. subkutanen Gewebe sind die Peaks des Oxy-Hämoglobins deutlich ausgeprägter.By developing a mathematical algorithm, absolute values of saturation can be calculated from the spectra afterwards. The more pronounced the two maxima of the saddle are, the more oxygen-saturated the hemoglobin is. With high oxygen saturation in muscles or subcutaneous tissue, the peaks of oxy-hemoglobin are much more pronounced.

Das Nahinfrarotspektrum wird von den Wasserbanden bei 960 nm zweite Oberschwingung und 1450nm erste Oberschwingung dominiert. Die Höhe der Peaks ist ein direktes Maß für den lokalen Wasseranteil des Gewebes an der Sondenspitze 24. Im tumorösen Gewebe 100 liegt der Wasseranteil um den Faktor zwei unter dem gesunden Gewebe 100. Der höchste Wassergehalt liegt im muskulären Gewebe vor, subkutanes Gewebe liegt minimal darunter.The near-infrared spectrum is dominated by the water bands at 960 nm second harmonic and 1450 nm first harmonic. The height of the peaks is a direct measure of the local water content of the tissue at the probe tip 24. In the tumorous tissue 100 the water content is a factor of two below that of the healthy tissue 100. The highest water content is in the muscular tissue, subcutaneous tissue is minimally below it .

Bei der Fluoreszenzspektroskopie sind die Peaks nach der eigentlichen Anregung interessant, da man hieraus die Stoffwechselaktivität (NADH, Collagen) des untersuchten Gewebes erkennen kann. Diese können bei tumorösem Gewebe im Vergleich zu gesundem Gewebe erhöht sein. Dies lässt auf eine verminderte Gewebeaktivität schließen.In the case of fluorescence spectroscopy, the peaks after the actual excitation are of interest, since the metabolic activity (NADH, collagen) of the examined tissue can be recognized from them. These can be increased in tumorous tissue compared to healthy tissue. This suggests decreased tissue activity.

Je nach Leistungsfähigkeit des Systems wird der Verzicht einer Biopsie angestrebt. Das System wird dahingehend weiterentwickelt, dass es Blutgefäße erkennen und dem behandelnden Arzt als Frühwarnsystem zur Verfügung zu stehen kann, wodurch unvorhergesehene Blutungen verhindert werden können. Zudem wird der Arzt visuell über die aktuelle Gewebezusammensetzung, Konzentration informiert. Diese Informationen ermöglichen es, Diagnostik und Therapie in einer Operation zu vereinen. Vorstellbar ist es z.B. durch eine dickere Kanüle zunächst mit der Sonde zu messen, und falls erkranktes Gewebe detektiert wird, durch die selbe Kanüle ein sogenanntes Seed (radioaktives Metallstäbchen, welches das nähere Gewebe seiner Umgebung abtötet) ins Gewebe zu injizieren, z.B. bei Prostatakrebs.Depending on the performance of the system, the aim is to avoid a biopsy. The system is being further developed in such a way that it can recognize blood vessels and be available to the attending physician as an early warning system, which can prevent unforeseen bleeding. In addition, the doctor is visually informed about the current tissue composition and concentration. This information makes it possible to combine diagnostics and therapy in one operation. It is conceivable, for example, to first measure with the probe through a thicker cannula, and if diseased tissue is detected, to inject a so-called seed (radioactive metal rod, which kills the surrounding tissue) through the same cannula into the tissue, e.g. in the case of prostate cancer.

Da dieses innovative Konzept auch zur Unterscheidung von fibrösem (entzündetem) Gewebe dienen könnte, aber auch auf Gewebe mit hohem Fettanteil empfindlich reagiert sind für zukünftige Projekte zwei weitere Einsatzfelder denkbar: Fettleberdiagnose sowie das Erkennen des aktuellen Leberzustandes im Verlauf einer chronischen Hepatitis.Since this innovative concept could also be used to differentiate between fibrous (inflamed) tissue, but also reacts sensitively to tissue with a high proportion of fat, two additional fields of application are conceivable for future projects: diagnosis of fatty liver and detection of the current liver status in the course of chronic hepatitis.

Zudem kann der Sensor auch in der Nähe von tumorösem Gewebe platziert werden, woraus Rückschlüsse auf die Wirksamkeit einer Chemotherapie auf den lokalen Metabolismus ermittelt werden können. Ferner können direkte Einflüsse verschiedener Medikamente auf den Zellstoffwechsel während der Therapie sichtbar werden.In addition, the sensor can also be placed in the vicinity of tumorous tissue, from which conclusions can be drawn about the effectiveness of chemotherapy on the local metabolism. Furthermore, direct influences of different medications on the cell metabolism can become visible during the therapy.

Optische Informationen, die potentiell über entsprechende Sensoren 10 zur Krebserkennung herangezogen werden können, verteilen sich auf mehrere verschiedenartige Spektralbereiche. Krebs selbst, also Krebszellen 100, sind spektral nicht direkt von anderen Zellen zu unterscheiden. In Kombination verschiedener, jedoch eng umrissener spektraler Informationen, können zusammen mit dem Wissen eines medizinischen Fachmannes typische Gewebeveränderungen, die mit Krebs 100 einhergehen, vermessen und in erfinderischer Weise interpretiert und nachgewiesen werden. Überraschenderweise konnte festgestellt werden, dass die Kombination bestimmter gemessener Eigenschaften mit Wahrscheinlichkeit auf bestimmte Krebsarten schließen lässt.Optical information that can potentially be used for cancer detection via corresponding sensors 10 is distributed over a number of different types of spectral ranges. Cancer itself, i.e. cancer cells 100, cannot be directly distinguished spectrally from other cells. Combining different but narrowly defined spectral information, together with the knowledge of a medical professional, typical tissue changes associated with cancer 100 can be measured and inventively interpreted and detected. Surprisingly, it was found that the combination of certain properties measured is likely to indicate certain types of cancer.

Eine glasfaseroptische schmale Sonde 10 kann beispielsweise in Gewebe durch Stich eindringen. Die Grundausführung der Sonde 10 wird in den meisten Fällen darin liegen, dass Glasfasern im Inneren einer Kanüle 20, zum Beispiel einer Edelstahlkanüle 20, angeordnet sind. Die Bauform der Glasfasern 30 und die Anordnung unterliegen speziellen Gesetzmäßigkeiten.For example, a fiber optic narrow probe 10 can penetrate tissue by puncturing. The basic design of the probe 10 will in most cases be that glass fibers are arranged inside a cannula 20, for example a stainless steel cannula 20. The design of the glass fibers 30 and the arrangement are subject to specific laws.

Eine Gesetzmäßigkeit ergibt sich durch die Anwendung. Die zu bauende Sonde 10 soll derartig beschaffen sein, dass man leicht mit ihr in Gewebe eindringen, vorzugsweise einstechen, kann. Es bieten sich verschiedene Schliffmuster an, wie zum Beispiel eine Anschrägung unter 45°. Auch andere Schliffmuster wie Anschrägungen in 2 Richtungen sind integraler Bestandteil der Erfindung. Die Kanüle muss die Glasfasern 30 beherbergen. Damit sollte die Kanüle einen Außendurchmesser von 0,3 bis 4 Millimeter, vorzugsweise 0,6 bis 2 Millimeter, noch bevorzugt 0,8 bis 1,5 Millimeter aufweisen. Die Wandstärke der Kanüle sollte zwischen 0,1 Millimeter und 0,3 Millimeter betragen, um hinreichend Platz im Innenraum der Kanüle 20 zu schaffen, um die Glasfasern 30 zu beherbergen. Die der Erfindung zugrunde liegenden Gesetzmäßigkeiten führen dahin, dass kohärente Lichtquellen 80 und nicht-kohärente Lichtquellen 80, also insbesondere verschiedenartige Lichtquellen 80, beide zur Anwendung kommen. Kohärente Lichtquellen 80 lassen sich in sehr dünne Glasfasern 30 mit geringem Querschnitt oder geringen Durchmesser fokussieren. Inkohärente Lichtquellen 80 andererseits ergeben eine Lichtleistung an der Sondenspitze, die proportional zur Fläche der Glasfaser 30 ist. Daher sollte die Glasfaser 30 nicht zu klein sein. Wegen der sterischen Behinderung beim Einstich und der Flexibilität des Gesamtsystems darf die Glasfaser 30 aber auch nicht zu groß sein. Als unteres Limit für die inkohärenten Lichtquellen scheint sich ein Durchmesser von 50 Mikrometer herauskristallisiert zu haben. Als oberes Limit sehen wir 1 Millimeter, bevorzugt werden Glasfasern 30 im Bereich 100 µm bis 400 µm. In praktischen Versuchen ergab sich ein derzeitiges Optimum bei Glasfasern mit 200 Mikrometer Durchmessern. Das Licht der verschiedenen Wellenlängen wird an einem Ende der Glasfaser 30 durch die Lichtquelle 80 - ein Laser 80, eine LED 80, ein Breitbandstrahler 80 oder eine andere Lichtquelle 80 - in die Glasfaser 30 über eine Optik eingekoppelt, über die Glasfaser 30 mit möglichst geringer Dämpfung transportiert und koppelt auf der Sondenseite wieder aus der Glasfaser 30 aus. Wegen des schrägen Anschliffes ist zu berücksichtigen, dass es hier zu einer Brechung und einer Reflektion kommen kann. Eine besondere Ausführungsform der Sondenspitze 24 liegt darin, dass die Fasern 30 - zum Beispiel Glas- oder Quarzfasern - nebeneinander zu liegen kommen und über dazwischen liegende Schichten der direkte optische Weg von Sender zu Empfänger verbaut ist.A regularity results from the application. The probe 10 to be built should be designed in such a way that it can easily be used to penetrate, preferably pierce, tissue. Various cut patterns are available, such as a bevel of less than 45°. Other cut patterns such as bevels in 2 directions are also an integral part of the invention. The cannula must accommodate the glass fibers 30. The cannula should therefore have an outside diameter of 0.3 to 4 millimeters, preferably 0.6 to 2 millimeters, more preferably 0.8 to 1.5 millimeters. The wall thickness of the cannula should be between 0.1 millimeters and 0.3 millimeters in order to create sufficient space inside the cannula 20 to accommodate the glass fibers 30. The laws on which the invention is based mean that coherent light sources 80 and non-coherent light sources 80, ie in particular different types of light sources 80, are both used. Coherent light sources 80 can be focused into very thin optical fibers 30 with a small cross-section or diameter. Incoherent light sources 80, on the other hand, provide light output at the probe tip that is proportional to the area of the optical fiber 30. Therefore, the glass fiber 30 should not be too small. However, because of the steric hindrance during the puncture and the flexibility of the overall system, the glass fiber 30 must not be too large either. A diameter of 50 micrometers seems to have emerged as the lower limit for the incoherent light sources. We see 1 millimeter as the upper limit; glass fibers 30 in the range from 100 μm to 400 μm are preferred. In practical tests, a current optimum was found with glass fibers with a diameter of 200 micrometers. The light of different wavelengths is at one end of the optical fiber 30 by the light source 80 - a laser 80, an LED 80, a broadband radiator 80 or other light source 80 - in the Optical fiber 30 is coupled in via optics, transported via the optical fiber 30 with the lowest possible attenuation, and is coupled out of the optical fiber 30 again on the probe side. Due to the slanted bevel, it must be taken into account that refraction and reflection can occur here. A special embodiment of the probe tip 24 is that the fibers 30 - for example glass or quartz fibers - come to lie next to each other and the direct optical path from the transmitter to the receiver is built in via layers lying in between.

Es ist nämlich so, dass außer den Fasern, die zum Senden von Licht geeignet sind, auch welche verbaut werden, die zum Empfangen von Licht geeignet sind. Durch die nicht vorhandene direkte Kopplung können extrem schwache Signale gemessen werden. Dem Entwickler optischer Messtechnik ist nämlich bekannt, dass jedwede Grenzschicht auf die Licht aus dem Senderteil des Gerätes auftrifft, zwar in der Regel dieses Licht hauptsächlich transmittiert, zu geringen Anteilen auch reflektiert oder diffus streut. Anordnungen, die solche Streuung direkt ohne Produktberührung in die Empfangsfasen ermöglichen, unterliegen der besonderen Vorsicht, wie später zu beschreiben ist.The fact is that, in addition to the fibers that are suitable for sending light, some are also installed that are suitable for receiving light. Due to the lack of direct coupling, extremely weak signals can be measured. The developer of optical measurement technology is aware that any boundary layer on which light from the transmitter part of the device impinges, although this light is usually mainly transmitted, it is also reflected to a small extent or diffusely scattered. Arrangements that allow such scattering directly into the receiving fibers without product contact are subject to special care, as will be described later.

In einer anderen Ausführungsform existiert an der Sondenspitze 24 ein Lichtmischer 50 - also zum Beispiel ein dickeres Faserstück von zum Beispiel einem Millimeter Durchmesser oder auch einem anderem Durchmesser, in welches die unterschiedlichen Lichtquellen eingekoppelt werden und als gemischtes Licht an der Sondenspitze 24 austreten.In another embodiment, there is a light mixer 50 at the probe tip 24 - for example a thicker piece of fiber with a diameter of one millimeter or another diameter, for example, into which the different light sources are coupled and emerge as mixed light at the probe tip 24.

Empfangsseitig werden die Glasfasern 30 vom menschlichen oder tierischen Gewebe 100 mit Licht versorgt. Das Licht vom Gewebe 100 wird über Streuung oder Reemission bei der eingestrahlten Wellenlänge oder einer versetzten Wellenlänge erzeugt und gelangt in die empfangende Glasfaser 100. Es können hier bündelnde Optiken 54 eingesetzt werden, es kann aber auch in anderen Anwendungsfällen günstigerweise auf die bündelnde Optik 54 gänzlich verzichtet werden. Das Licht gelangt in einer Ausführungsform dann in die angeschrägte Glasfaser 30, die parallel zur Sendefaser 34 zu liegen kommt. Über diese Glasfaser 30 wird das Licht mit geringer Dämpfung zum Nachweis geleitet und dort verarbeitet.On the reception side, the glass fibers 30 are supplied with light by the human or animal tissue 100 . The light from the tissue 100 is generated via scattering or re-emission at the radiated wavelength or an offset wavelength and reaches the receiving glass fiber 100. Concentrating optics 54 can be used here, but it can also be beneficial to the concentrating optics 54 entirely in other applications be waived. In one embodiment, the light then reaches the beveled glass fiber 30 , which comes to lie parallel to the transmission fiber 34 . The light with low attenuation is conducted via this glass fiber 30 to the detection and processed there.

Im Nachweis können beispielsweise PIN-Dioden-Schaltungen mit bekannten Transimpedanzverstärkern oder anderen Verstärkern zum Einsatz kommen. Es können auch Spektrometer- Systeme aus CCD-Zeilen, PIN-Dioden oder CCD-Flächen zum Einsatz kommen, oder auch andere Detektor-Typen wie Multiplier, Avalanche-Dioden oder ähnliches.For example, PIN diode circuits with known transimpedance amplifiers or other amplifiers can be used in the verification. Spectrometer systems consisting of CCD lines, PIN diodes or CCD surfaces can also be used, or other types of detectors such as multipliers, avalanche diodes or the like.

Die gleichzeitige, parallele oder nacheinanderfolgende Verwendung von kohärentem und/oder inkohärentem Licht und die Integration speziellen Wissens über Gewebezusammensetzungen führt zu neuen Erkenntnissen und neuen Analyseverfahren mittels der vorgestellten multispektralen Analysensonde 10. So kann nach den der Erfindung zugrunde liegenden Experimenten davon ausgegangen werden, dass bei Vorhandensein von Krebszellen ein verändertes Stoffwechselsystem vorliegt. Dieses kann zu erhöhter Konzentration bestimmter Stoffwechsel-Zwischenprodukte wie NADH Protoporphyrin, FAD oder anderen typischen mit dem Stoffwechsel einhergehenden Stoffen führen. In konsequenter Weise wird eine der möglichen Teilinformationen im Rahmen der Erfindung durch das gezielte Abfragen dieser Stoffwechsel-Zwischenprodukte erfolgen. Für diese Teilaufgabe kann ein Laser 80 oder eine Leuchtdiode 80 im UVA-Bereich oder kurzwelligen blauen Bereich zum Einsatz kommen. Für Protoporphyrin könnte auch eine blaue oder grüne LED 80 oder eine andere Lichtquelle 80 für diesen Wellenlängenbereich zum Einsatz kommen.The simultaneous, parallel or sequential use of coherent and/or incoherent light and the integration of special knowledge about tissue compositions leads to new insights and new analysis methods using the presented multispectral analysis probe 10. It can be assumed, according to the experiments on which the invention is based, that The presence of cancer cells means that there is an altered metabolic system. This can lead to increased concentrations of certain metabolic intermediates such as NADH, protoporphyrin, FAD or other typical substances associated with metabolism. In a logical manner, one of the possible partial pieces of information within the scope of the invention is provided by specifically querying these metabolic intermediates. A laser 80 or a light-emitting diode 80 in the UVA range or in the short-wave blue range can be used for this partial task. A blue or green LED 80 or another light source 80 for this wavelength range could also be used for protoporphyrin.

Ein anderer im Rahmen der Erfindung herausgefundener Zusammenhang ist die Veränderung der lokalen Bindegewebedichte im Krebsgeschwür gegenüber der umgebenden Materie / Stoffsystem Gewebe. Diese Veränderung verändert die sogenannte elastische Lichtstreuung also das eingestreute Licht, welches bei gleicher Wellenlänge wieder zurückgestreut wird. Will man diese Teileigenschaft messen, verlegt man die Messung beispielsweise in einen Wellenlängenbereich, bei dem wenige Gewebearten Absorptionen zeigen. Es erwies sich hier vorteilhaft im langwelligen sichtbaren Bereich zu arbeiten, wie zum Beispiel rot, oder im nahen Infrarotbereich in dem Teil des Spektrums, der nicht durch Wasser beeinflusst ist. Hier handelt es sich um den Spektralbereich zwischen 700 und 1.200 Nanometer.Another connection found within the scope of the invention is the change in the local connective tissue density in the cancerous growth compared to the surrounding matter/material system tissue. This change changes the so-called elastic light scattering, i.e. the scattered light, which is scattered back again at the same wavelength. If you want to measure this part property, you move the measurement, for example, to a wavelength range in which few types of tissue show absorption. It proved advantageous to work in the long-wave visible range, such as red, or in the near-infrared range in the part of the spectrum that is not affected by water. This is the spectral range between 700 and 1,200 nanometers.

Aus technologischen Gründen kann es vorteilhaft erscheinen, den Bereich weiter einzuschränken auf den Detektionsbereich von Silizium, da Silizium-Empfänger in vorteilhafter Weise preiswert und dabei empfindlicher zu bauen sind als andere Nahinfrarot-Detektoren. Dieser Bereich wäre dann zum langwelligen Ende mit 1100 nm begrenzt.For technological reasons, it may appear advantageous to further restrict the range to the detection range of silicon, since silicon receivers are advantageously inexpensive and more sensitive to build than other near-infrared detectors. This range would then be limited to the long-wave end at 1100 nm.

Es kann sich jedoch auch erweisen, dass durch bestimmte Querempfindlichkeiten im Gewebe ein Ausweichen auf den Bereich 900 bis 1.200 Nanometer notwendig ist und damit als elektronischer Empfänger beispielsweise Indium-Galliumarsenid zum Einsatz kommen kann. Die elastische Lichtstreuung zeigt für den direkt vor der Sonde befindlichen Gewebeteil die Dichte des Gewebes.However, it may also turn out that certain cross-sensitivities in the tissue make it necessary to switch to the 900 to 1,200 nanometer range, which means that indium gallium arsenide, for example, can be used as an electronic receiver. The elastic light scattering shows the density of the tissue for the part of tissue located directly in front of the probe.

Ein anderer Aspekt, der im Rahmen der Untersuchungen überraschenderweise zu Tage trat, ist die Veränderung der lokalen Wasserkonzentration im Gewebe. Die Wasserkonzentration lässt sich mit der Sonde in geeigneter Weise vermessen, wenn auf der Sendeseite ein inkohärenter Strahler im Bereich der Absorption einer Wasserbande im nahen Infrarot eingesetzt wird, wie zum Beispiel im Bereich von 1.200 Nanometer oder im Bereich von 1.400 Nanometer oder im Bereich von 1.900 Nanometer und auf der Nachweisseite 1-3 Wellenlängen oder auch mehr Wellenlängen nachgewiesen werden, die eine Absorption des Wasser zeigen und mit einer der anderen Wellenlängen einen Referenzwert generieren. Der Referenzwert wird typisch genommen bei einer Wellenlänge bei der das Wasser nicht so stark oder gar nicht absorbiert und ergibt ein Maß für die Eindringtiefe des Lichtes. Hierzu in Beziehung gesetzt wird die absorbierte Wellenlänge. Im einfachsten Auswertefall kommt der Quotient dieser beiden Wellenlängen zur Auswertung oder auch der Logarithmus des Quotienten oder auch eine andere mathematische Auswertevorschrift. Sie zeigt zunächst einen noch verfälschten Wassergehalt. Wird aufgrund von parallel laufenden Versuchen über Probenahme und Labormethoden zur Krebserkennung erkannt, dass der absolute Wassergehalt notwendig ist, kann über eine Kalibrierfunktion aus elastischer Lichtstreuung, Eindringtiefe des Lichtkegels und Extinktion aus dem gemessenen relativen Wassergehalts-Signal ein absolutes errechnet werden.Another aspect that surprisingly came to light in the course of the investigations is the change in the local water concentration in the tissue. The water concentration can be measured with the probe in a suitable manner if an incoherent radiator is used on the transmission side in the range of absorption of a water band in the near infrared, such as in the range of 1,200 nanometers or in the range of 1,400 nanometers or in the range of 1,900 Nanometer and on the detection side 1-3 wavelengths or more wavelengths are detected, which show an absorption of the water and generate a reference value with one of the other wavelengths. The reference value is typically taken at a wavelength at which the water does not absorb as much or not at all and gives a measure of the penetration depth of the light. The absorbed wavelength is related to this. In the simplest evaluation case, the quotient of these two wavelengths is evaluated, or the logarithm of the quotient, or another mathematical evaluation rule. It initially shows a still falsified water content. If it is recognized from parallel experiments on sampling and laboratory methods for cancer detection that the absolute water content is necessary, an absolute value can be calculated from the measured relative water content signal using a calibration function from elastic light scattering, penetration depth of the light cone and extinction.

Eine weitere wichtige Information kann erhalten werden über den lokalen Sauerstoffgehalt vor der Sonde. Dieser kann gemessen werden durch Auswertung eines Spektrums oder wenigstens mehrere Wellenlängen im Bereich sichtbaren Lichtes über die Sauerstoffsättigung des Blutes. Prinzipiell ist die Sauerstoffsättigung des Blutes und deren Messung bekannt. Eine Korrelation mit anderen Messbereichen und ein Erkennen von Krebs sind bisher nicht bekannt. Ähnlich wie im nahen Infraroten, kann hier breitbandiges Licht über eine Faser 30 eingestrahlt und über eine parallele Faser 30 nachgewiesen werden. In einer Ausführungsform kann der Nachweis der nahen Infraroten Informationen und der Nachweis der in der Regel im sichtbaren Spektralbereich ablaufenden Sauerstoffmessungen über die gleiche Faser 30 erfolgen. Es könnte entweder eine kombinierte Spektrometer-Einheit auf der Nachweisseite nachgeschaltet sein, oder auch über ein Strahlteiler-System die verschiedenen Detektoren 70 bedient werden. Bei sehr stark wachsenden Tumoren ist weiterhin bekannt, dass die Sauerstoffsättigung sehr gering ist, die Sauerstoffzehrung sehr hoch ist. Es konnte überraschend festgestellt werden, dass im Inneren von schnell wachsenden Tumoren ein derart stark erhöhter Stoffwechsel stattfindet, der bis zum anaeroben Stoffwechsel führt. Gemessen werden konnte dies durch die Vermessung von Laktat, welche über Raman-Spektroskopie und entsprechend anregende Laser nachgewiesen werden konnte.Another important piece of information can be obtained from the local oxygen content in front of the probe. This can be measured by evaluating a spectrum or at least several wavelengths in the visible light range via the oxygen saturation of the blood. In principle, the oxygen saturation of the blood and its measurement are known. A correlation with other measurement ranges and a detection of cancer are not yet known. Similar to the near-infrared range, broadband light can be radiated in via a fiber 30 and detected via a parallel fiber 30 . In one embodiment, the detection of the near-infrared information and the detection of the oxygen measurements, which usually take place in the visible spectral range, can take place via the same fiber 30 . Either a combined spectrometer unit could be connected downstream on the detection side, or the various detectors 70 could also be operated via a beam splitter system. In the case of rapidly growing tumors, it is also known that the oxygen saturation is very low and the oxygen consumption is very high. Surprisingly, it was found that such a greatly increased metabolism takes place inside fast-growing tumors that it leads to anaerobic metabolism. This could be measured by measuring lactate, which could be detected using Raman spectroscopy and correspondingly exciting lasers.

Zur besonders sicheren Erkennung von Krebs wurde herausgefunden, dass die Auswertungen des Raman-Signals zum Beispiel zum Erkennen von Laktat-Konzentrationen, die von Null verschieden sind, eine hohe Bedeutung hat. Deswegen ist es vorteilhaft, ebenfalls ein über Laser anzuregendes Ramanlicht 80 einzustrahlen. Im Nachweis kann das Raman-Spektrum oder wenigstens mehrere Wellenlängen hieraus integriert werden.For the particularly reliable detection of cancer, it was found that the evaluation of the Raman signal, for example to detect lactate concentrations that are different from zero, is of great importance. It is therefore advantageous to also radiate in a Raman light 80 to be excited via a laser. The Raman spectrum or at least several wavelengths from it can be integrated in the detection.

Die sichtbare Messung kann je nach zu untersuchenden Krebs ebenfalls in ähnlicher Weise auf den UV-Bereich ausgedehnt werden.The visible measurement can also be similarly extended to the UV range depending on the cancer being examined.

Die Bauform der Sonde kann über spezielle Auslegung bestimmte Bereiche im Gewebe 100 abtasten. Wählt man die Ausführungsform parallel liegender Fasern, so wird der direkte Bereich vor der Sonde zum Beispiel die ersten 50 Mikrometer nicht gesehen. Vielmehr wird das Licht in das Gewebe eingekoppelt und der erste Überlapp zum Empfangskegel der Nachweisfaser liegt in der Tiefe des Gewebes, also zum Beispiel 50 Mikrometer entfernt. Der optisch versierte Ingenieur kann leicht den gewünschten ersten Überlapp durch den Sendekegel und Empfangskegel durch den Abstand der Sendefaser und der Empfangsfaser einstellen. Je weiter Sendefaser, Empfangsfaser von einander entfernt sind, umso geringer ist das Signal, umso tiefer ist jedoch die Abtastungsebene.The design of the probe can scan specific areas in the tissue 100 via a special design. If one chooses the embodiment of parallel fibers, the area directly in front of the probe, for example the first 50 microns, is not seen. Rather, the light is coupled into the tissue and the first overlap with the reception cone of the detection fiber is deep in the tissue, ie 50 micrometers away, for example. The optically skilled engineer can easily adjust the desired first overlap through the transmit cone and receive cone by the spacing of the transmit fiber and the receive fiber. The farther the transmitting fiber and receiving fiber are from each other, the lower the signal, but the deeper the scanning plane.

In die andere Richtung ist das extrem darin zu sehen, dass Sendefaser und Empfangsfaser einen 100%-gen Überlapp haben, welcher über Strahlteilung auf der Geräteseite realisierbar ist. Dabei kann mit einem Strahlteiler oder einem Strahlteiler-Würfel, oder mit einem ähnlich funktionierenden Gerät aus einer Richtung der Sender angebracht werden und um 90° oder einen anderen Winkel versetzt der Empfänger. Jeweils ein Teil des eingestrahlten Lichtes wird reflektiert, geht in die Faser, gelangt an der Sondenspitze aus der Sonde heraus ins Gewebe. Das an gleicher Stelle remittierte Licht oder auch fluoreszierende Licht oder Raman-Licht wird in die gleiche Faser zurückgekoppelt, zurücktransportiert in den Strahlteiler-Würfel oder anderen Strahlteiler und gelangt zum Teil oder ganz durch diesen hindurch in das Detektorsystem. Bei dieser Ausführungsform ist der Überlapp zwischen Sender und Empfänger 100%, die Endringtiefe faktisch Null. Gemessen wird dann direkt an der Grenzfläche der Faser zum Gewebe. Je nach Anwendungsfall kann die eine oder andere Ausführungsform günstiger sein. Bei getrennten Fasern gibt es weniger Übersprechen von Sender auf Empfänger und eine Verschmutzung der Endflächen ist nicht so kritisch wie bei der Ausführungsform, wo Sender und Empfänger einen 100%-gen geometrischen Überlapp aufweisen.In the other direction, the extreme is that the transmission fiber and reception fiber have a 100% overlap, which can be implemented by beam splitting on the device side. With a beam splitter or a beam splitter cube, or with a similarly functioning device, the transmitter can be attached from one direction and the receiver offset by 90° or another angle. A part of the incident light is reflected, goes into the fiber, gets out of the probe at the tip of the probe and into the tissue. The light remitted at the same point or also fluorescent light or Raman light is coupled back into the same fiber, transported back into the beam splitter cube or another beam splitter and passes partly or completely through this into the detector system. In this embodiment, the overlap between transmitter and receiver is 100%, the end ring depth is virtually zero. Measurements are then taken directly at the interface between the fiber and the tissue. Depending on the application, one or the other embodiment can be cheaper. With split fibers there is less crosstalk from transmitter to receiver and end face contamination is not as critical as in the embodiment where transmitter and receiver have 100% geometric overlap.

Die Anforderungen an die Nachweisseite werden durch die jeweilige Anwendung vorgegeben. Wie bereits ausgeführt können Fotometer und Spektrometer zum Einsatz kommen. Bei Fotometern werden nur einzelne Wellenlängen nachgewiesen, bei Spektrometer werden sehr viele Wellenlängen nachgewiesen. Dafür ist die Nachweisempfindlichkeit der Spektrometer gegenüber den Fotometern begrenzt.The requirements for the verification page are specified by the respective application. As already explained, photometers and spectrometers can be used. With photometers, only individual wavelengths are detected, with spectrometers, many wavelengths are detected. On the other hand, the detection sensitivity of spectrometers is limited compared to photometers.

Für die Auswertung werden bevorzugt alle Informationen zugleich herangezogen. Es zeigt sich, dass zum Beispiel die gemessenen Raman- und Fluoreszenz Intensitäten bei gleichem Zustand des Gewebes, also Krebs oder nicht Krebs, in ihrer Höhe von der Gewebeeigenfarbe abhängen. Dunkleres Gewebe absorbiert die einfallende Strahlung, sodass das Signal geringer ausfällt. Daher ist es vorteilhaft, die Eigenfarbe des Gewebes mitzumessen und die entsprechende Auswertung in eine Korrektur einfließen zu lassen.All information is preferably used at the same time for the evaluation. It has been shown that, for example, the measured Raman and fluorescence intensities depend on the intrinsic color of the tissue in the same condition of the tissue, i.e. cancer or not. Darker tissue absorbs the incoming radiation, so the signal is lower. It is therefore advantageous to also measure the inherent color of the tissue and to incorporate the corresponding evaluation into a correction.

Alle vorhandenen Informationen der Gewebeveränderung können beispielsweise über eine Korrelationsmatrix, die für jeden Krebs-Typ zu erarbeiten ist, in die Auswertung mit einbezogen werden. Also insbesondere Raman, Fluoreszenz, Remissionsspektren im sichtbaren UV- und nahen Infrarot. Es kann in einzelnen Fällen vorkommen, dass einzelne Informationen nicht von Bedeutung sind. Dann kann der Konstrukteur der Sonde entscheiden, ob die Empfangskanäle und Sendekanäle dennoch mit in das Gerät zu integrieren sind oder aus Kostengründen weggelassen werden. Die Alternative ist einfach das Nicht-berücksichtigen der Information bei der Auswertung.All existing information on tissue changes can be included in the evaluation, for example via a correlation matrix that is to be developed for each type of cancer. So in particular Raman, fluorescence, remission spectra in the visible UV and near infrared. In individual cases, individual pieces of information may not be relevant. Then the designer of the probe can decide whether the receiving channels and transmitting channels should nevertheless be integrated into the device or left out for cost reasons. The alternative is simply not to consider the information in the evaluation.

Es konnte gezeigt werden, dass diese spezielle Kombination der genannten Wellenlängenbereiche und konkretes Suchen nach Stoffwechsel-Zwischenprodukten und lokalen Zuständen wie Wassergehalt, Bindegewebe-Dichte und Stoffwechsel-Beobachtung und dessen Höhe, mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit den Krebs direkt von der Nagelspitze erkennt. Die Auswertung kann so schnell vollzogen werden, dass ein quasi-kontinuierliches Signal entlang des Stichweges entsteht.It could be shown that this special combination of the wavelength ranges mentioned and a specific search for metabolic intermediates and local conditions such as water content, connective tissue density and metabolic observation and its level, detects the cancer directly from the nail tip with a very high probability. The evaluation can be completed so quickly that a quasi-continuous signal is generated along the stub path.

Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind, und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Ferner ist ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind, auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind.It is obvious to the person skilled in the art that the embodiments described above are to be understood as examples and that the invention is not limited to these, but can be varied in many ways without departing from the scope of protection of the claims. Furthermore, it is evident that the features, regardless of whether they are disclosed in the description, the claims, the figures or otherwise, also individually define essential components of the invention, even if they are described together with other features.

BezugszeichenlisteReference List

99
Analysesystemanalysis system
1010
multispektrale Analysensondemultispectral analysis probe
1212
AnalysensondenhalterungAnalysis probe holder
1414
Lagerung der AnalysensondenhalterungStorage of the analysis probe holder
1616
Linearsystemlinear system
1717
Klemmverschraubungcompression fitting
1818
Sondenaufnahmeprobe recording
2020
Kanülecannula
2222
Haltemufferetaining sleeve
2424
Messspitzemeasuring tip
2626
Strahlengangbeam path
3030
Lichtwellenleiteroptical fiber
3232
Bruch- und BiegesicherungBreak and bending protection
3434
erster Lichtwellenleiterfirst optical fiber
3636
zweiter Lichtwellenleitersecond optical fiber
3838
dritter Lichtwellenleiterthird optical fiber
4040
vierter Lichtwellenleiterfourth optical fiber
4242
fünfter Lichtwellenleiterfifth fiber optic cable
4444
sechster Lichtwellenleitersixth optical fiber
4545
gemeinsamer Lichtmischerleitercommon light mixer leader
4646
Lichtmischerleiterlight mixer ladder
4848
siebter Lichtwellenleiterseventh fiber optic cable
5050
Lichtmischerlight mixer
5252
Strahlteilerbeam splitter
5454
Linse, Sammellinselens, converging lens
5656
PfeilArrow
5858
PfeilArrow
6060
Linsentubelens tube
6262
Befestigungsmittelfasteners
6666
verfahrbarer Linsentubemoveable lens tube
6868
Linsentube-EinstellsystemLens tube adjustment system
7070
Auswertesystem, SpektrometerEvaluation system, spectrometer
7272
Analysen- und/oder SteuerungsrechnerAnalysis and/or control computer
8080
optische Quelleoptical source
100100
Probesample

Claims (26)

Verfahren zum spektralen Analysieren einer Probe (100) mit den Schritten: Ansetzen einer Kanüle (20) an die Probe (100), wobei die Kanüle zumindest einen ersten Lichtwellenleiter (34) und einen zweiten Lichtwellenleiter (36) umfasst, während die Kanüle (20) an die Probe (100) angesetzt ist: Erzeugen eines ersten Lichtpulses und Leiten des ersten Lichtpulses durch den ersten Lichtwellenleiter, Bestrahlen der Probe (100) mit dem ersten Lichtpuls durch die Kanüle (20), Auslesen der Spektralantwort des ersten Lichtpulses, Erzeugen eines zweiten von dem ersten Lichtpuls verschiedenartigen Lichtpulses und Leiten des zweiten Lichtpulses durch den zweiten Lichtwellenleiter, wobei der zweite Lichtpuls ein einen Ramanlichtpuls der Probe anregender Lichtpuls ist, Bestrahlen der Probe mit dem zweiten Lichtpuls durch die Kanüle (20), Auslesen der Spektralantwort des zweiten Lichtpulses, Absetzen der Kanüle (20) von der Probe.A method for spectrally analyzing a sample (100), comprising the steps of: Attaching a cannula (20) to the sample (100), the cannula comprising at least a first optical fiber (34) and a second optical fiber (36), while the cannula (20) is attached to the sample (100): Generating a first light pulse and directing the first light pulse through the first optical waveguide, Irradiating the sample (100) with the first light pulse through the cannula (20), reading out the spectral response of the first light pulse, Generating a second light pulse different from the first light pulse and directing the second light pulse through the second optical waveguide, wherein the second light pulse is a light pulse that excites a Raman light pulse of the sample, Irradiating the sample with the second light pulse through the cannula (20), reading out the spectral response of the second light pulse, Detaching the cannula (20) from the sample. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei nach dem Schritt Bestrahlen der Probe (100) mit dem zweiten Lichtpuls durch die Kanüle (20) die Schritte folgen, während die Kanüle (20) an die Probe (100) angesetzt ist: Erzeugen eines dritten von dem ersten und dem zweiten Lichtpuls verschiedenartigen Lichtpulses und Leiten des dritten Lichtpulses in die Kanüle, Bestrahlen der Probe (100) mit dem dritten Lichtpuls durch die Kanüle (20), Auslesen der Spektralantwort des dritten Lichtpulses, Absetzen der Kanüle (20) von der Probe (100).Method according to the preceding claim, wherein the step of irradiating the sample (100) with the second light pulse through the cannula (20) is followed by the steps while the cannula (20) is attached to the sample (100): Generating a third light pulse different from the first and the second light pulse and guiding the third light pulse into the cannula, irradiating the sample (100) with the third light pulse through the cannula (20), reading out the spectral response of the third light pulse, Detaching the cannula (20) from the sample (100). Multispektrale Analysensonde (10) zur Analyse verschiedener Spektralbereiche einer Probe (100), umfassend: eine Kanüle (20) an einer Probenseite der multispektralen Analysensonde (10) zur Umhäusung von optischen Leitern (30, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 45, 46, 48), die Kanüle ferner umfassend: eine Messspitze (24) an der Probenseite der multispektralen Analysensonde (10), einen ersten Lichtwellenleiter (34) zum Transport eines ersten Lichtpulses zu der Probe, einen zweiten Lichtwellenleiter (36) zum Transport eines zweiten Lichtpulses, der von dem ersten Lichtpuls verschiedenartig ist, zu der Probe, wobei der zweite Lichtpuls ein einen Ramanlichtpuls der Probe anregender Lichtpuls ist, wobei der erste und der zweite Lichtpuls durch die Kanüle (20) an die Messspitze (24) geleitet werden, um eine Spektralantwort an oder in der Probe (100) zu erzeugen.Multispectral analysis probe (10) for analyzing different spectral ranges of a sample (100), comprising: a cannula (20) on a sample side of the multispectral analysis probe (10) for housing optical conductors (30, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 45, 46, 48), the cannula further comprising: a measuring tip (24) on the sample side of the multispectral analysis probe (10), a first optical waveguide (34) for transporting a first light pulse to the sample, a second optical waveguide (36) for transporting a second light pulse, which is different from the first light pulse, to the sample, the second light pulse being a light pulse exciting a Raman light pulse of the sample, wherein the first and second light pulses are directed through the cannula (20) to the probe tip (24) to generate a spectral response on or in the sample (100). Multispektrale Analysensonde (10) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die Messspitze (24) flach ausgebildet ist und zum Abtasten einer Oberfläche der Probe (100) geeignet ist oder wobei die Messspitze (24) spitz ausgebildet ist und zum Eindringen in die Oberfläche der Probe (100) geeignet ist.Multispectral analysis probe (10) according to the preceding claim, wherein the measuring tip (24) is flat and is suitable for scanning a surface of the sample (100), or the measuring tip (24) being pointed and suitable for penetrating the surface of the sample (100). Multispektrale Analysensonde (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Messspitze (24) spitz ausgebildet ist und zur Verbesserung der Eindringung in die Oberfläche der Probe (100) mittels eines Facettenschliffs, eines Hinterschliffs oder eines Einfachschliffs versehen ist.Multispectral analysis probe (10) according to any one of the preceding claims, wherein the measuring tip (24) is pointed and provided with a facet cut, a relief cut or a single cut to improve penetration into the surface of the sample (100). Multispektrale Analysensonde (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Außendurchmesser der Kanüle (20) größer gleich 0,3 mm, insbesondere größer gleich 0,6 mm oder größer gleich 0,8 mm, beträgt und/oder wobei der Außendurchmesser der Kanüle (20) kleiner gleich 4,0 mm, vorzugsweise kleiner gleich 2,0 mm oder kleiner gleich 1,5 mm, beträgt und/oder wobei die Wandstärke der Kanüle (20) größer gleich 0,1 mm und kleiner gleich 0,3 mm beträgt, so dass die Kanüle (20) insgesamt einen geringen Außendurchmesser aufweist, zugleich aber hinreichend Raum im Inneren der Kanüle (20) zur Beherbergung der optischen Leiter (30, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 45, 46, 48) verbleibt.Multispectral analysis probe (10) according to any one of the preceding claims, wherein the outer diameter of the cannula (20) is greater than or equal to 0.3 mm, in particular greater than or equal to 0.6 mm or greater than or equal to 0.8 mm, and/or wherein the outer diameter of the cannula (20) is less than or equal to 4.0 mm, preferably less than or equal to 2.0 mm or less than or equal to 1.5 mm, and/or the wall thickness of the cannula (20) being greater than or equal to 0.1 mm and less than or equal to 0.3 mm, so that the cannula (20) has a small outer diameter overall, but at the same time there is sufficient space inside the cannula (20) to accommodate the optical conductor (30, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 45, 46, 48) remains. Multispektrale Analysensonde (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Lichtpuls und der zweite Lichtpuls im Wesentlichen gleichzeitig oder in einem kurzen Zeitintervall nacheinander über die Kanüle (20) an die Probe (100) abgegeben werden, so dass die Lichtpulse im Wesentlichen auf dasselbe Probenmaterial (100) abgegeben werden.Multispectral analysis probe (10) according to any one of the preceding claims, wherein the first light pulse and the second light pulse are delivered to the sample (100) essentially simultaneously or in a short time interval one after the other via the cannula (20), so that the light pulses are delivered essentially to the same sample material (100). Multispektrale Analysensonde (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei ein Kanülenende des ersten Lichtwellenleiters (34) in die Kanüle (20) eingesetzt ist und unmittelbar an der Messspitze (24) endet oder einen Teil der Messspitze (24) bildet und/oder wobei ein Kanülenende des zweiten Lichtwellenleiters (36) in die Kanüle (20) eingesetzt ist und unmittelbar an der Messspitze (24) endet oder einen weiteren Teil der Messspitze (24) bildet.Multispectral analysis probe (10) according to one of claims 3 until 7 , wherein a cannula end of the first optical waveguide (34) is inserted into the cannula (20) and ends directly at the measuring tip (24) or forms part of the measuring tip (24) and/or wherein a cannula end of the second optical waveguide (36) extends into the Cannula (20) is inserted and ends directly at the measuring tip (24) or forms another part of the measuring tip (24). Multispektrale Analysensonde (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend: einen dritten Lichtwellenleiter (38) zum Transport eines, von dem ersten und dem zweiten Lichtpuls verschiedenen, dritten Lichtpulses, wobei der dritte Lichtpuls durch die Kanüle (20) an die Messspitze (24) geleitet wird, um eine Spektralantwort an oder in der Probe (100) zu erzeugen.A multispectral analysis probe (10) according to any one of the preceding claims, further comprising: a third optical fiber (38) for transport a third light pulse different from the first and the second light pulse, the third light pulse being guided through the cannula (20) to the measuring tip (24) in order to generate a spectral response on or in the sample (100). Multispektrale Analysensonde (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in die Kanüle (20) ein vierter Lichtwellenleiter (40) eingesetzt ist, um die Spektralantwort auf den ersten Lichtpuls aus der Kanüle (20) zu leiten, und/oder wobei in die Kanüle (20) ein fünfter Lichtwellenleiter (42) eingesetzt ist, um die Spektralantwort auf den zweiten Lichtpuls aus der Kanüle (20) zu leiten, und/oder wobei in die Kanüle ein sechster Lichtwellenleiter (44) eingesetzt ist, um die Spektralantwort auf den dritten Lichtpuls aus der Kanüle (20) zu leiten.Multispectral analysis probe (10) according to any one of the preceding claims, wherein a fourth optical waveguide (40) is inserted into the cannula (20) in order to conduct the spectral response to the first light pulse from the cannula (20), and/or wherein a fifth optical waveguide (42) is inserted into the cannula (20) in order to conduct the spectral response to the second light pulse from the cannula (20), and/or a sixth optical fiber (44) being inserted into the cannula for guiding the spectral response to the third light pulse from the cannula (20). Multispektrale Analysensonde (10) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei der erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Lichtwellenleiter (30, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 48) sowie ein Lichtmischerleiter (45, 46) nebeneinander in der Kanüle (20) eingesetzt sind, so dass die Einzelzuführung der Lichtpulse alternativ zu der Zuführung durch den Lichtmischerleiter (45) an der Probe durchgeführt werden kann, ohne die multispektrale Analysensonde (10) von der Probe (100) abzusetzen und/oder wobei der erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Lichtwellenleiter (30, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 48) mit dem jeweiligen Kanülenende gemeinsam die Messspitze (24) der multispektralen Analysensonde (10) bilden.Multispectral analysis probe (10) according to the preceding claim, wherein the first, second, third, fourth, fifth and sixth optical waveguide (30, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 48) and an optical mixer guide (45, 46) are used side by side in the cannula (20), see above that the individual supply of the light pulses can be carried out on the sample as an alternative to the supply through the light mixer conductor (45) without removing the multispectral analysis probe (10) from the sample (100) and/or wherein the first, second, third, fourth, fifth and sixth optical waveguide (30, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 48) together with the respective cannula end form the measuring tip (24) of the multispectral analysis probe (10). Multispektrale Analysensonde (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Lichtwellenleiter, einschließlich des ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften, sechsten und siebten faseroptischen Leiters (30, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 48) und/oder des Lichtmischerleiters (45, 46), faseroptische Leiter, insbesondere Glasfaserleitungen oder Quarzfaserleitungen, umfassen und/oder wobei die Lichtwellenleiter, einschließlich des ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften, sechsten und siebten Lichtwellenleiters (30, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 48) und/oder des Lichtmischerleiters (45, 46), einen Durchmesser größer gleich 0,05 mm, insbesondere größer gleich 0,1 mm, und/oder einen Durchmesser kleiner gleich 1,0 mm, insbesondere kleiner gleich 0,4 mm aufweisen.A multispectral analysis probe (10) as claimed in any preceding claim, wherein the optical fibers including the first, second, third, fourth, fifth, sixth and seventh fiber optic conductors (30, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 48) and /or the light mixer conductor (45, 46), fiber optic conductors, in particular glass fiber lines or quartz fiber lines, and/or wherein the optical waveguides, including the first, second, third, fourth, fifth, sixth and seventh optical waveguide (30, 34, 36, 38 , 40, 42, 44, 48) and/or the light mixer conductor (45, 46), a diameter greater than or equal to 0.05 mm, in particular greater than or equal to 0.1 mm, and/or a diameter less than or equal to 1.0 mm, in particular less than or equal to 0.4 mm. Multispektrale Analysensonde (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine verschiebbare Analysensondenhalterung (12) zum Befestigen der Kanüle (20) und zum Positionieren der Kanüle (20) an der Probe (100) .A multispectral analysis probe (10) according to any one of the preceding claims, further comprising: a slidable analysis probe holder (12) for attaching the cannula (20) and for positioning the cannula (20) on the sample (100). Multispektrale Analysensonde (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Lichtwellenleiter (34) ein Quellende zum Verbinden des ersten Lichtwellenleiters (34) mit einer ersten Lichtquelle (80) umfasst und/oder der zweite Lichtwellenleiter (36) ein Quellende zum Verbinden des zweiten Lichtwellenleiters (36) mit einer zweiten Lichtquelle (80) umfasst und/oder der dritte Lichtwellenleiter (38) ein Quellende zum Verbinden des dritten Lichtwellenleiters (38) mit einer dritten Lichtquelle (80) umfasst.Multispectral analysis probe (10) according to any one of the preceding claims, wherein the first optical waveguide (34) comprises a source end for connecting the first optical waveguide (34) to a first light source (80), and/or the second optical waveguide (36) comprises a source end for connecting the second optical waveguide (36) to a second light source (80), and/or the third optical fiber (38) includes a source end for connecting the third optical fiber (38) to a third light source (80). Multispektrale Analysensonde (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der vierte Lichtwellenleiter (40) ein Ausgabeende zum Verbinden des vierten Lichtwellenleiters (40) mit einem ersten Auswertegerät (70) umfasst und/oder der fünfte Lichtwellenleiter (42) ein Ausgabeende zum Verbinden des fünften Lichtwellenleiters (42) mit dem ersten oder einem zweiten Auswertegerät (70) umfasst und/oder der sechste Lichtwellenleiter (44) ein Ausgabeende zum Verbinden des sechsten Lichtwellenleiters (44) mit dem ersten oder einem dritten Auswertegerät (70) umfasst.Multispectral analysis probe (10) according to any one of the preceding claims, wherein the fourth optical waveguide (40) comprises an output end for connecting the fourth optical waveguide (40) to a first evaluation device (70) and/or the fifth optical waveguide (42) comprises an output end for connecting the fifth optical waveguide (42) to the first or a second evaluation device (70) and/or the sixth optical waveguide (44) comprises an output end for connecting the sixth optical waveguide (44) to the first or a third evaluation device (70). Analysesystem (9) mit einer multispektralen Analysensonde (10), insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, zur Analyse verschiedener Spektralbereiche einer Probe (100), umfassend: eine erste optische Quelle (80) zur Erzeugung eines ersten Lichtpulses, eine zweite optische Quelle (80) zur Erzeugung eines zweiten Lichtpulses, der von dem ersten Lichtpuls verschiedenartig ist, wobei der zweite Lichtpuls ein einen Ramanlichtpuls der Probe anregender Lichtpuls ist, eine Kanüle (20) an einer Probenseite der multispektralen Analysensonde (10) zur Beherbergung von optischen Leitern (30, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 45, 46, 48), wobei die Kanüle umfasst: zumindest einen ersten Lichtwellenleiter (34) zum Transport des ersten Lichtpulses zu der Probe und einen zweiten Lichtwellenleiter (36) zum Transport des den einen Ramanlichtpuls der Probe anregenden Lichtpulses zu der Probe, eine Messspitze (24) an der Probenseite der multispektralen Analysensonde (10), wobei die erste optische Quelle (80) und die zweite optische Quelle (80) mit der Kanüle (20) verbunden sind, um die Lichtpulse an die Messspitze (24) zu senden.Analysis system (9) with a multispectral analysis probe (10), in particular according to one of the preceding claims, for the analysis of different spectral ranges of a sample (100), comprising: a first optical source (80) for generating a first light pulse, a second optical source (80) for generating a second light pulse which is different from the first light pulse, the second light pulse being a light pulse exciting a Raman light pulse of the sample, a cannula (20) on a sample side of the multispectral analysis probe (10) for housing optical conductors (30, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 45, 46, 48), the cannula comprising: at least one first optical waveguide (34) for transporting the first light pulse to the sample and a second optical waveguide (36) for transporting the light pulse exciting the one Raman light pulse of the sample to the sample, a measuring tip (24) on the sample side of the multispectral analysis probe (10), wherein the first optical source (80) and the second optical source (80) are connected to the cannula (20) to transmit the light pulses to the probe tip (24). Analysesystem (9) mit einer multispektralen Analysensonde (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Lichtpuls der ersten optischen Quelle (80) und der zweite Lichtpuls der zweiten optischen Quelle (80) im Wesentlichen gleichzeitig oder in einem kurzen Zeitintervall nacheinander über die Kanüle (20) an die Probe (100) abgegeben wird, so dass die Lichtpulse im Wesentlichen auf dasselbe Probenmaterial abgegeben werden.Analysis system (9) with a multispectral analysis probe (10) according to one of the preceding claims, wherein the first light pulse of the first optical source (80) and the second light pulse of the second optical source (80) essentially simultaneously or in a short time interval one after the other over the cannula (20) to the sample (100) is emitted, so that the light pulses are essentially emitted onto the same sample material. Analysesystem (9) mit einer multispektralen Analysensonde (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend: einen ersten Lichtwellenleiter (34) mit einem Quellende, wobei das Quellende des ersten Lichtwellenleiters (34) mit der ersten Lichtquelle (80) verbunden ist und/oder einen zweiten Lichtwellenleiter (36) mit einem Quellende, wobei das Quellende des zweiten Lichtwellenleiters (36) mit der zweiten Lichtquelle (80) verbunden ist.Analysis system (9) with a multispectral analysis probe (10) according to any one of the preceding claims, further comprising: a first optical fiber (34) having a source end, the source end of the first optical fiber (34) being connected to the first light source (80); and/or a second optical fiber (36) having a source end, the source end of the second optical fiber (36) being connected to the second light source (80). Analysesystem (9) mit einer multispektralen Analysensonde (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste optische Quelle (80) eine Fluoreszenzlichtquelle, eine visuelle Lichtquelle, insbesondere eine Halogenlichtquelle oder eine Nahinfrarotlichtquelle ist.Analysis system (9) with a multispectral analysis probe (10) according to one of the preceding claims, wherein the first optical source (80) is a fluorescent light source, a visual light source, in particular a halogen light source or a near-infrared light source. Analysesystem (9) mit einer multispektralen Analysensonde (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste optische Quelle (80) Licht im Wellenlängenbereich von 300 nm bis 400 nm oder im Wellenlängenbereich zwischen 300 nm und 1200 nm, insbesondere zwischen 700 und 1200 nm, oder im Wellenlängenbereich zwischen 1200 nm und 2200 nm abgibt.Analysis system (9) with a multispectral analysis probe (10) according to one of the preceding claims, wherein the first optical source (80) emits light in the wavelength range from 300 nm to 400 nm or in the wavelength range between 300 nm and 1200 nm, in particular between 700 and 1200 nm , or in the wavelength range between 1200 nm and 2200 nm. Analysesystem (9) mit einer multispektralen Analysensonde (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine dritte optische Quelle (80) zur Erzeugung eines dritten Lichtpulses, der sowohl von dem ersten Lichtpuls als auch von dem zweiten Lichtpuls verschiedenartig ist, und einen dritten Lichtwellenleiter (38) mit einem Quellende, wobei das Quellende des dritten Lichtwellenleiters (38) mit der dritten Lichtquelle (80) verbunden ist.Analysis system (9) with a multispectral analysis probe (10) according to any one of the preceding claims, further comprising: a third optical source (80) for generating a third light pulse different from both the first light pulse and the second light pulse, and a third optical fiber (38) having a source end, the source end of the third optical fiber (38) being connected to the third light source (80). Analysesystem (9) mit einer multispektralen Analysensonde (10) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei der dritte Lichtwellenleiter (38) den dritten Lichtpuls in den Lichtmischer (50) einkoppelt und der erste, der zweite und der dritte Lichtpuls über den gemeinsamen Lichtmischerleiter (45) durch die Kanüle (20) zur Abgabe an die Probe (100) weitergeleitet werden.Analysis system (9) with a multispectral analysis probe (10) according to the preceding claim, wherein the third optical waveguide (38) couples the third light pulse into the light mixer (50) and the first, the second and the third light pulse via the common light mixer guide (45) through the cannula (20) for delivery to the sample (100). Analysesystem (9) mit einer multispektralen Analysensonde (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in die Kanüle (20) ein vierter Lichtwellenleiter (40) eingesetzt ist, um die Spektralantwort auf den ersten Lichtpuls aus der Kanüle (20) zu leiten, und/oder wobei in die Kanüle (20) ein fünfter Lichtwellenleiter (42) eingesetzt ist, um die Spektralantwort auf den zweiten Lichtpuls aus der Kanüle (20) zu leiten, und/oder wobei in die Kanüle (20) ein sechster Lichtwellenleiter (44) eingesetzt ist, um die Spektralantwort auf den dritten Lichtpuls aus der Kanüle (20) zu leiten.Analysis system (9) with a multispectral analysis probe (10) according to one of the preceding claims, wherein a fourth optical waveguide (40) is inserted into the cannula (20) in order to conduct the spectral response to the first light pulse from the cannula (20), and/or wherein a fifth optical waveguide (42) is inserted into the cannula (20) in order to conduct the spectral response to the second light pulse from the cannula (20), and/or wherein a sixth optical fiber (44) is inserted into the cannula (20) to direct the spectral response to the third light pulse from the cannula (20). Analysesystem (9) mit einer multispektralen Analysensonde (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend: ein erstes Auswertesystem (70) zur spektralen und/oder fotometrischen Analyse der Spektralantwort auf den ersten Lichtpuls.Analysis system (9) with a multispectral analysis probe (10) according to any one of the preceding claims, further comprising: a first evaluation system (70) for spectral and/or photometric analysis of the spectral response to the first light pulse. Analysesystem (9) mit einer multispektralen Analysensonde (10) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei das erste Auswertesystem (70) hergerichtet ist, auch eine spektrale und/oder fotometrische Analyse der Spektralantwort auf den zweiten und/oder dritten Lichtpuls auszuführen.Analysis system (9) with a multispectral analysis probe (10) according to the preceding claim, wherein the first evaluation system (70) is set up to also carry out a spectral and/or photometric analysis of the spectral response to the second and/or third light pulse. Analysesystem (9) mit einer multispektralen Analysensonde (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Lichtwellenleiter (30, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 45, 46, 48) faseroptische Leiter, insbesondere Glasfaserleitungen oder Quarzfaserleitungen, umfassen und/oder wobei die Lichtwellenleiter (30, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 45, 46, 48) einen Durchmesser größer gleich 0,05 mm, insbesondere größer gleich 0,1 mm, und/oder einen Durchmesser kleiner gleich 1,0 mm, insbesondere kleiner gleich 0,4 mm, aufweisen.Analysis system (9) with a multispectral analysis probe (10) according to one of the preceding claims, wherein the optical waveguides (30, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 45, 46, 48) comprise fiber optic conductors, in particular glass fiber lines or quartz fiber lines, and/or wherein the optical waveguides (30, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 45, 46, 48) have a diameter of greater than or equal to 0.05 mm, in particular greater than or equal to 0.1 mm, and/or a diameter of less than or equal to 1, 0 mm, in particular less than or equal to 0.4 mm.
DE102014107342.8A 2014-05-24 2014-05-24 Device and method for detecting cancerous tumors and other tissue changes Active DE102014107342B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014107342.8A DE102014107342B4 (en) 2014-05-24 2014-05-24 Device and method for detecting cancerous tumors and other tissue changes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014107342.8A DE102014107342B4 (en) 2014-05-24 2014-05-24 Device and method for detecting cancerous tumors and other tissue changes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102014107342A1 DE102014107342A1 (en) 2015-11-26
DE102014107342B4 true DE102014107342B4 (en) 2023-05-04

Family

ID=54431624

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102014107342.8A Active DE102014107342B4 (en) 2014-05-24 2014-05-24 Device and method for detecting cancerous tumors and other tissue changes

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102014107342B4 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202017001743U1 (en) 2017-03-31 2017-05-08 Siemens Aktiengesellschaft Gas analyzer
DE102020108957B4 (en) 2020-03-31 2021-10-07 Otto-Von-Guericke-Universität Magdeburg Apparatus, method and computer program for measuring fluorescence

Citations (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69414482T2 (en) 1993-07-23 1999-06-24 Gen Electric Tumor tissue - characterization instrument
WO2001097902A2 (en) 2000-06-19 2001-12-27 University Of Washington Medical imaging, diagnosis, and therapy using a scanning single optical fiber system
US6564087B1 (en) 1991-04-29 2003-05-13 Massachusetts Institute Of Technology Fiber optic needle probes for optical coherence tomography imaging
DE69627477T2 (en) 1995-01-03 2004-03-18 Non-Invasive Technology, Inc. OPTICAL COUPLING DEVICE FOR IN-VIVO EXAMINATION OF BIOLOGICAL TISSUES
DE19841217B4 (en) 1997-10-27 2005-06-16 Applied Photonics Worldwide, Inc., Reno Apparatus and method for the spectroscopic analysis of human or animal tissue or body fluids
DE60018736T2 (en) 1999-05-18 2006-04-13 Boston Scientific Ltd., Barbados OPTICAL BIOPSY SYSTEM
DE60024059T2 (en) 1999-01-26 2006-07-20 Newton Laboratories, Inc., Woburn DEVICE FOR AUTOFLUORESCENT IMAGING FOR AN ENDOSCOPE
US20060264745A1 (en) 2003-03-17 2006-11-23 Da Silva Luiz B Optical biopsy system with single use needle probe
US20070238978A1 (en) 1996-04-25 2007-10-11 Johns Hopkins University Biopsy and Sampling Needle Antennas for Magnetic Resonance Imaging-Guided Biopsies
DE102006017003A1 (en) 2006-04-11 2007-10-18 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Endoscope for depth data acquisition in e.g. medical area, has modulation unit controlling light source based on modulation data so that source transmits modulated light signal and evaluation unit evaluating signal to estimate depth data
DE69637163T2 (en) 1995-03-14 2008-04-17 The Board Of Regents Of The University Of Texas System, Austin DIAGNOSIS OF ZERVIX PRAEKAN CEROSES USING RAMAN AND FLUORESCENCE SPECTROSCOPY
WO2009050667A1 (en) 2007-10-18 2009-04-23 Koninklijke Philips Electronics N.V. Tumor demarcation using targeted fluorescent probe and photonic needle
DE69938493T2 (en) 1998-01-26 2009-05-20 Massachusetts Institute Of Technology, Cambridge ENDOSCOPE FOR DETECTING FLUORESCENCE IMAGES
WO2009144653A2 (en) 2008-05-30 2009-12-03 Koninklijke Philips Electronics N.V. Needle with integrated photon detector
US20090326385A1 (en) 2006-12-06 2009-12-31 Koninklijke Philips Electronics N.V. Obtaining optical tissue properties
US20100100006A1 (en) 2006-10-26 2010-04-22 Cornell Research Foundation, Inc Production of optical pulses at a desired wavelength using soliton self-frequency shift
US20100160754A1 (en) 2008-12-23 2010-06-24 The Regents Of The University Of California Method and Apparatus for Quantification of Optical Properties of Superficial Volumes Using Small Source-to-Detector Separations
US20100331782A1 (en) 2008-03-03 2010-12-30 Koninklijke Philips Electronics N.V. Biopsy guidance by image-based x-ray guidance system and photonic needle
US20110092823A1 (en) 2003-01-24 2011-04-21 The General Hospital Corporation System and Method for Identifying Tissue Using Low-Coherence Interferometry
US20110112388A1 (en) 2009-11-06 2011-05-12 Wisconsin Alumni Research Foundation Integrated miniaturized fiber optic probe
US20110112435A1 (en) 2007-09-28 2011-05-12 Nirmala Ramanujam Systems and methods for spectral analysis of a tissue mass using an instrument, an optical probe, and a monte carlo or a diffusion algorithm
US20110218445A1 (en) 2008-11-19 2011-09-08 Koninklijke Philips Electronics N.V. Needle with integrated fibers
US20110282181A1 (en) 2009-11-12 2011-11-17 Ge Wang Extended interior methods and systems for spectral, optical, and photoacoustic imaging
US20110319759A1 (en) 2007-05-21 2011-12-29 The Board Of Regents Of The University Of Texas System Optically guided needle biopsy system using multi-modal spectroscopy
US20120184827A1 (en) 2009-06-16 2012-07-19 Shoulamit Cohen Shwartz Miniature disease optical spectroscopy diagnostic system
US20120191635A1 (en) 2009-03-25 2012-07-26 Irving Bigio Classification techniques for medical diagnostics using optical spectroscopy
US20120238867A1 (en) 2001-11-19 2012-09-20 Dune Medical Devices Ltd Method and apparatus for examining tissue for predefined target cells, particularly cancerous cells, and a probe useful in such method and apparatus
WO2013035076A1 (en) 2011-09-08 2013-03-14 Koninklijke Philips Electronics N.V. Needle device with an optical fiber integrated in a movable insert
WO2013054254A1 (en) 2011-10-13 2013-04-18 Koninklijke Philips Electronics N.V. Medical probe with multi-fiber lumen
EP1895891B1 (en) 2005-03-10 2013-07-24 BABCHENKO, Anatoly Optical sensor
DE102011122602A9 (en) 2011-12-30 2013-08-29 Karl Storz Gmbh & Co. Kg Apparatus and method for endoscopic fluorescence detection
US20130345544A1 (en) 2005-04-29 2013-12-26 The Regents Of The University Of Colorado Multi-excitation diagnostic system and methods for classification of tissue
WO2014068468A1 (en) 2012-11-02 2014-05-08 Koninklijke Philips N.V. System with photonic biopsy device for obtaining pathological information
EP2863807B1 (en) 2012-06-26 2016-04-06 Koninklijke Philips N.V. Biopsy needle with large fiber distance at the tip
DE202016103544U1 (en) 2016-07-04 2017-07-06 Niklas Markwardt Device for detecting blood vessels by means of reflectance spectrometry

Patent Citations (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6564087B1 (en) 1991-04-29 2003-05-13 Massachusetts Institute Of Technology Fiber optic needle probes for optical coherence tomography imaging
DE69414482T2 (en) 1993-07-23 1999-06-24 Gen Electric Tumor tissue - characterization instrument
DE69627477T2 (en) 1995-01-03 2004-03-18 Non-Invasive Technology, Inc. OPTICAL COUPLING DEVICE FOR IN-VIVO EXAMINATION OF BIOLOGICAL TISSUES
DE69637163T2 (en) 1995-03-14 2008-04-17 The Board Of Regents Of The University Of Texas System, Austin DIAGNOSIS OF ZERVIX PRAEKAN CEROSES USING RAMAN AND FLUORESCENCE SPECTROSCOPY
US20070238978A1 (en) 1996-04-25 2007-10-11 Johns Hopkins University Biopsy and Sampling Needle Antennas for Magnetic Resonance Imaging-Guided Biopsies
DE19841217B4 (en) 1997-10-27 2005-06-16 Applied Photonics Worldwide, Inc., Reno Apparatus and method for the spectroscopic analysis of human or animal tissue or body fluids
DE69938493T2 (en) 1998-01-26 2009-05-20 Massachusetts Institute Of Technology, Cambridge ENDOSCOPE FOR DETECTING FLUORESCENCE IMAGES
DE60024059T2 (en) 1999-01-26 2006-07-20 Newton Laboratories, Inc., Woburn DEVICE FOR AUTOFLUORESCENT IMAGING FOR AN ENDOSCOPE
DE60018736T2 (en) 1999-05-18 2006-04-13 Boston Scientific Ltd., Barbados OPTICAL BIOPSY SYSTEM
WO2001097902A2 (en) 2000-06-19 2001-12-27 University Of Washington Medical imaging, diagnosis, and therapy using a scanning single optical fiber system
US9226979B2 (en) 2001-11-19 2016-01-05 Dune Medical Devices Ltd. Method and apparatus for examining tissue for predefined target cells, particularly cancerous cells, and a probe useful in such method and apparatus
US20120238867A1 (en) 2001-11-19 2012-09-20 Dune Medical Devices Ltd Method and apparatus for examining tissue for predefined target cells, particularly cancerous cells, and a probe useful in such method and apparatus
US20110092823A1 (en) 2003-01-24 2011-04-21 The General Hospital Corporation System and Method for Identifying Tissue Using Low-Coherence Interferometry
US20060264745A1 (en) 2003-03-17 2006-11-23 Da Silva Luiz B Optical biopsy system with single use needle probe
EP1895891B1 (en) 2005-03-10 2013-07-24 BABCHENKO, Anatoly Optical sensor
US20130345544A1 (en) 2005-04-29 2013-12-26 The Regents Of The University Of Colorado Multi-excitation diagnostic system and methods for classification of tissue
DE102006017003A1 (en) 2006-04-11 2007-10-18 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Endoscope for depth data acquisition in e.g. medical area, has modulation unit controlling light source based on modulation data so that source transmits modulated light signal and evaluation unit evaluating signal to estimate depth data
US20100100006A1 (en) 2006-10-26 2010-04-22 Cornell Research Foundation, Inc Production of optical pulses at a desired wavelength using soliton self-frequency shift
US20090326385A1 (en) 2006-12-06 2009-12-31 Koninklijke Philips Electronics N.V. Obtaining optical tissue properties
US20110319759A1 (en) 2007-05-21 2011-12-29 The Board Of Regents Of The University Of Texas System Optically guided needle biopsy system using multi-modal spectroscopy
US20110112435A1 (en) 2007-09-28 2011-05-12 Nirmala Ramanujam Systems and methods for spectral analysis of a tissue mass using an instrument, an optical probe, and a monte carlo or a diffusion algorithm
WO2009050667A1 (en) 2007-10-18 2009-04-23 Koninklijke Philips Electronics N.V. Tumor demarcation using targeted fluorescent probe and photonic needle
US20100331782A1 (en) 2008-03-03 2010-12-30 Koninklijke Philips Electronics N.V. Biopsy guidance by image-based x-ray guidance system and photonic needle
WO2009144653A2 (en) 2008-05-30 2009-12-03 Koninklijke Philips Electronics N.V. Needle with integrated photon detector
US20110218445A1 (en) 2008-11-19 2011-09-08 Koninklijke Philips Electronics N.V. Needle with integrated fibers
US20100160754A1 (en) 2008-12-23 2010-06-24 The Regents Of The University Of California Method and Apparatus for Quantification of Optical Properties of Superficial Volumes Using Small Source-to-Detector Separations
US20120191635A1 (en) 2009-03-25 2012-07-26 Irving Bigio Classification techniques for medical diagnostics using optical spectroscopy
US20120184827A1 (en) 2009-06-16 2012-07-19 Shoulamit Cohen Shwartz Miniature disease optical spectroscopy diagnostic system
US20110112388A1 (en) 2009-11-06 2011-05-12 Wisconsin Alumni Research Foundation Integrated miniaturized fiber optic probe
US20110282181A1 (en) 2009-11-12 2011-11-17 Ge Wang Extended interior methods and systems for spectral, optical, and photoacoustic imaging
WO2013035076A1 (en) 2011-09-08 2013-03-14 Koninklijke Philips Electronics N.V. Needle device with an optical fiber integrated in a movable insert
WO2013054254A1 (en) 2011-10-13 2013-04-18 Koninklijke Philips Electronics N.V. Medical probe with multi-fiber lumen
DE102011122602A9 (en) 2011-12-30 2013-08-29 Karl Storz Gmbh & Co. Kg Apparatus and method for endoscopic fluorescence detection
EP2863807B1 (en) 2012-06-26 2016-04-06 Koninklijke Philips N.V. Biopsy needle with large fiber distance at the tip
WO2014068468A1 (en) 2012-11-02 2014-05-08 Koninklijke Philips N.V. System with photonic biopsy device for obtaining pathological information
DE202016103544U1 (en) 2016-07-04 2017-07-06 Niklas Markwardt Device for detecting blood vessels by means of reflectance spectrometry

Also Published As

Publication number Publication date
DE102014107342A1 (en) 2015-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11406367B2 (en) System with photonic biopsy device for obtaining pathological information
EP1130998B1 (en) Device for non-invasively detecting the oxygen metabolism in tissues
EP2725967B1 (en) An apparatus for optical analysis of an associated tissue sample
DE10311452B4 (en) Analysis system for the reagent-free determination of the concentration of an analyte in living tissue
DE69532108T2 (en) CANCER DIAGNOSIS THROUGH LASER-INDUCED DIFFERENTIAL-NORMALIZED FLUORESCENCE
US7016717B2 (en) Near-infrared spectroscopic tissue imaging for medical applications
Dremin et al. Optical percutaneous needle biopsy of the liver: a pilot animal and clinical study
DE69821380T2 (en) DEVICE AND METHOD FOR OPTICAL TOMOGRAPHY
DE69925869T2 (en) Laser imaging device using biomedical markers that bind to cancer cells
EP2337496B1 (en) Device for measuring the blood flow of a body tissue
EP1635699A1 (en) Integrated test element for a one-time drawing and analyzing of a sample to be analyzed
WO2003055382A2 (en) Method and device for determining a light transport parameter in a biological matrix
EP2584956A1 (en) Device and method for detecting and monitoring ingredients or properties of a measurement medium, in particular of physiological blood values
EP2863807B1 (en) Biopsy needle with large fiber distance at the tip
DE102005034219A1 (en) Method for in vivo tissue classification
DE102014107342B4 (en) Device and method for detecting cancerous tumors and other tissue changes
WO2011160892A1 (en) Method and device for detecting tumorous tissue in the gastrointestinal tract with the aid of an endocapsule
EP3079563B1 (en) Device with a raman probe, and method using said device
DE102018105067A1 (en) Imaging system for non-invasive optical examination of tissue in depth
DE602004004290T2 (en) METHOD AND DEVICE FOR RETRO-STREAK TROSCOPY
DE102013020703A1 (en) Raman probe device and method using this device
DE102007047093B4 (en) Device for measuring fluorescence radiation on biological substances with a semiconductor sensor arrangement
EP2251675A1 (en) Method for recognising cell tissue with tumours
CN207693550U (en) A kind of diffusion photon density wave system for measurement of species optical parameter
DE102015110134B4 (en) Near field array detection method for detecting optically scattering material

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final